正交各向异性CFRP材料的本构关系及其在平板撞击模拟中的应用

摘要

cqvip:碳纤维增强树脂基类复合材料通常具有力学性能的正交各向异性,因此在对该类材料的动态力学性能研究中,其本构关系及物态方程必须考虑正交各向异性的修正。从经典的正交各向异性弹性本构方程出发,以某型碳纤维增强酚醛树脂材料为研究对象,引入Tsai-Hill准则描述材料的塑性行为,采用Grüneisen物态方程描述压力与体应变之间的非线性关系,建立了正交各向异性材料的三维弹塑性本构模型。并采用显式有限元方法,对三维条件下平板撞击问题中的应力波传播过程进行了模拟。研究表明,所建立的三维本构模型能够合理呈现出材料的各向异性力学特性。对于靶板中平台压力,由于广义体积模量及正交各向异性修正项的引入,得到的压力相对于各向同性模型偏低。设定飞片以100~3000 m/s的速度撞击静止靶板,对计算结果的数值分析发现随着飞片速度上升,正交各向异性模型中修正项对压力的贡献减小。最终正交各向异性模型趋近于各向同性模型。