三维碳纤维编织复合材料低速冲击力学性能分析

摘要

相比普通复合材料,三维碳纤维编织复合材料可以通过改变组分纤维来提高三个方向的强度,因而它比普通复合材料具有更优良的抗冲击性能。但是,由于三维碳纤维编织复合材料比机织复合材料具有更复杂的结构,因此目前对三维碳纤维编织复合材料抗冲击力学性能进行的研究较少,取得的成果也有限,这在很大程度上限制了它在工程中的应用。本文主要通过有限元方法分析了三维碳纤维编织复合材料平板低速冲击和冲击后剩余拉伸强度的问题。
　　文中首先根据三维碳纤维编织复合材料细观结构的周期性特点,选取了代表性体积单元,建立了单胞的有限元模型并预报了三维碳纤维编织复合材料的工程常数。同时利用有限元软件ABAQUS并结合用户子程序VUMAT,对三维碳纤维编织复合材料平板低速冲击问题进行了有限元模拟分析,并用实验方法验证了有限元分析方法的正确性;进一步模拟分析了编织角、落锤质量、落锤尺寸、初始冲击能量和平板厚度对三维碳纤维编织复合材料平板低速冲击问题的影响规律。
　　此外,在三维碳纤维编织复合材料平板低速冲击有限元分析结果的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS并结合用户子程序USDFLD,对冲击后三维碳纤维编织复合材料平板的剩余拉伸强度问题进行了分析,预测了三维碳纤维编织复合材料冲击后的剩余拉伸强度。