《三維編織複合材料風扇葉片高速衝擊下的力學行為研究》是依託南京航空航天大學，由關玉璞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：三維編織複合材料風扇葉片高速衝擊下的力學行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：關玉璞
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
三維編織碳纖維增強樹脂基複合材料風扇葉片是未來先進航空發動機的重要發展方向，對其進行高速衝擊損傷失效機理及力學行為研究，可為航空渦扇發動機風扇葉片套用三維編織碳纖維增強樹脂基複合材料奠定重要的理論基礎。 本項目開展三維四向編織碳纖維增強樹脂基複合材料準靜態和動態力學性能測試；構造考慮高應變率效應的三維四向編織碳纖維增強樹脂基複合材料的動態本構模型。進行三維四向編織碳纖維增強樹脂基複合材料風扇葉片在100-400米/秒高速物體（鳥和小金屬塊）衝擊下的損傷實驗和數值分析；分析損傷失效機理和衝擊能量吸收狀況。 通過力學性能測試、高速衝擊損傷實驗、本構理論研究與數值分析，實現在三維四向編織碳纖維增強樹脂基複合材料風扇葉片的高速衝擊損傷失效機理、三維四向編織碳纖維增強樹脂基複合材料的動態本構模型這兩個關鍵科學問題上有所創新。
結題摘要
三維四向編織複合材料的連續紗線在空間上是互鎖網狀結構，不僅能夠從根本上克服傳統層合複合材料層間強度低、易分層的致命缺點，而且相對於金屬材料在強度比和剛度比以及抗衝擊損傷容限方面具有優勢。三維四向編織複合材料可以淨尺寸的成型複雜結構件並且對孔洞應力幾乎不敏感。然而，材料的細觀結構非常複雜，表現出高度的非均勻性和各向異性。本課題以試驗為基礎，通過巨觀和細觀兩個尺度的有限元數值模擬方法對三維四向碳纖維編織複合材料的高速衝擊下的力學行為展開研究。主要內容包括： (1) 通過分析編織工藝參數與模型細觀結構參數之間的關係，以紗線橫截面尺寸和內部編織角為輸入參數，實現了三維四向編織複合材料的整體細觀自動有限元建模。 (2) 開展了三維四向編織複合材料的準靜態，高應變率載入和高速衝擊試驗。 (3) 通過ABAQUS材料用戶子程式 VUMAT 開發了考慮應變率效應的高速衝擊本構模型。該模型將 Tsai-Wu 準則和 Mises 準則分別用於纖維束和基體的初始損傷判據。
