复合材料圆柱管耐撞性实验研究与数值模拟

摘要

先进复合材料具有比强度高、比刚度大、比吸能能力强及可设计性等优点，目前已在国防工业和民用工业，特别是航空航天领域得到了越来越多的应用。近年来，由于汽车、航空航天等工程领域对复合材料能量吸收提出了更高的要求，因此，复合材料结构的耐撞性成为力学与工程学科的一个研究热点。本文采用试验与数值模拟相结合的方法，对T700/QY8911复合材料圆柱管这一典型结构元件的耐撞性进行了研究，揭示了合理的薄弱环节设置能提高复合材料结构元件的吸能能力。
　　 首先，开展了T700/QY8911复合材料圆柱管的准静态轴向压溃试验，给出了其载荷-位移曲线和破坏模式，分析得出了其吸能机理。试验结果表明，设计合理的T700/QY8911复合材料圆柱管的确具有比吸能能力强的特点。
　　 接着开展了运用商用有限元软件(ABAQUS，LS-DYNA)模拟复合材料结构耐撞性的策略与方法研究，包括采用等效材料模型和渐进损伤复合材料模型。然后，对T700/QY8911复合材料圆柱管轴向压缩吸能能力进行了数值模拟。数值结果与试验结果吻合较好说明了所建立的模拟复合材料结构耐撞性的策略与方法是可行的。利用前人提出的形状记忆合金（SMA）丝可控薄弱环节概念，编写了SMA 唯象热力学材料子程序UMAT，程序计算结果与试验一致，可为今后进一步对含SMA可控薄弱环节复合材料结构元件吸能性能研究打下基础。
　　 最后，对全文的研究成果进行了总结，并展望了今后需要进一步开展的研究工作。