三維整體編織複合材料低速衝擊失效多尺度分析

《三維整體編織複合材料低速衝擊失效多尺度分析》是依託蘇州大學，由張岩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：三維整體編織複合材料低速衝擊失效多尺度分析
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張岩
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

三維編織複合材料結構件套用範圍日益廣泛，但在製造、使用和維護過程中容易受到其他物體的低速衝擊作用，導致內部結構損傷和承載能力下降甚至失效。本項目以三維編織複合材料為研究對象，採用實驗和有限元相結合的方法，探索三維編織複合材料在低速衝擊載荷條件下的動態回響特徵。擬構建從紗線、編織物組織結構單胞到全尺寸三維編織物及其複合材料的多尺度細觀結構模型；編寫包含材料本構關係和失效準則的用戶自定義材料子程式，結合商用有限元軟體模擬三維編織複合材料低速衝擊過程。本項目旨在通過實驗和有限元計算在多尺度細觀結構層次上，揭示三維編織複合材料在低速衝擊載入條件下的失效機理；明確三維編織複合材料結構參數對其低速衝擊力學性能的影響規律，提出抗低速衝擊三維編織複合材料應具有的結構特徵，為三維編織複合材料的開發和結構件最佳化設計奠定理論基礎。

結題摘要

三維編織複合材料具有整體網狀結構，相比層合複合材料加強了厚度方向力學性能，顯著提高了層間剪下強度，在承受載荷特別是動態載荷時不會分層。三維編織複合材料在力學性能上體現為高強高模、高衝擊損傷容限，廣泛用於抗衝擊結構件設計中。但是三維編織複合材料在製造、使用和維護過程中容易受到其他物體的低速衝擊作用，導致內部結構損傷和承載能力下降甚至失效。本項目以三維編織複合材料為研究對象，採用實驗和有限元相結合的方法，探索三維編織複合材料在低速衝擊載荷條件下的動態回響特徵。構建了從紗線、編織物組織結構單胞到全尺寸三維編織物及其複合材料的多尺度細觀結構模型；編寫了包含材料本構關係和失效準則的用戶自定義材料子程式VUMAT，結合商用有限元軟體ABAQUS模擬三維編織複合材料低速衝擊過程。三維編織複合材料有限元計算載荷-位移曲線與實驗結果吻合度較好，證明了單胞模型及用戶子程式VUMAT的正確性和有效性。本項目通過實驗和有限元計算在多尺度細觀結構層次上發現，三維編織複合材料在低速衝擊下最大載荷、最大載荷處能量以及吸收總能量均隨衝擊速度增加而增加。另外隨衝擊速度增加，失效模式也從彈性變形變為樹脂開裂、纖維束與樹脂脫粘直至最後纖維束斷裂。本項目揭示了三維編織複合材料在低速衝擊載入條件下的失效機理，為三維編織複合材料的開發和結構件最佳化設計奠定理論基礎。