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复合材料层合板的屈曲及侵彻行为研究
引言
随着现代工业和科学技术的发展，纤维增强复合材料作为一种新型材料被广泛应用于航空航天、船舶、汽车、运动器材和建筑等领域。复合材料的优良性能使其成为替代金属材料的理想选择，然而，由于其组成复杂、结构多样以及具有非常多的不确定因素，研究其力学性能对于工程设计具有重要的意义。
本文主要研究复合材料层合板的屈曲及侵彻行为。首先介绍了复合材料的定义、组成及分类；其次介绍了屈曲和侵彻的定义及其机理；接着从复合材料的材料性能和力学性能入手，分别从屈曲和侵彻两个方面分析了其性能特点；最后总结了复合材料层合板的主要特点及其在工程中的应用。
一、复合材料的定义、组成及分类
复合材料是指由两种或两种以上的材料按一定比例混合组合而成的新型材料。其中，至少一种材料为增强体（Reinforcement），另一种为基体（Matrix）。
1.组成
复合材料的组成由增强体和基体组成，其中：
增强体：加强往往是因为基体材料的强度、刚度远远不如实际需要的工作条件。增强体能够使得此类材料做到更高的强度和刚度。增强体材料有纤维（炭素纤维、玻璃纤维）和颗粒。
基体：基体是提供承载能力和连接力，为由增强体。基体材料有塑料、金属、陶瓷等，而常用的基体材料为复合材料。
2.分类
复合材料按照增强体的不同可分为以下几种：
(1)纤维增强复合材料（FiberReinforcedComposites）
这种复合材料，增强材料是纤维类材料。例如，玻璃纤维、碳纤维、硼酸酯纤维等。而基体是一般的树脂、陶瓷等普通材料。纤维增强复合材料常见的应用有飞机、航天器、汽车、运动器材等领域。
(2)颗粒增强复合材料（ParticleReinforcedComposites）
颗粒增强复合材料是一种特殊的复合材料，由粒子材料（颗粒）和基体材料两部分组成。颗粒是增强体，基体可以由金属、有机聚合物等材料组成。这种复合材料的优点在于可以改善材料的机械性能并降低生产成本。常见的应用有轮毂、车身、电子器件等领域。
(3)树脂基复合材料（Resin-basedComposites）
这种复合材料是由无定形的树脂（树脂是基体）和增强材料（如纤维）组成的。相较于金属材料，树脂基复合材料具有更好的强度和刚度，在航空、航天、船舶、汽车领域得到了广泛的应用。
二、屈曲和侵彻的定义及其机理
1.屈曲
屈曲是一种在应用中很常见的失效模式，也是一种结构失稳的形式。它发生在那些已经承受一定负载的材料中，此时，由于一些不稳定因素的作用，材料被压缩或弯曲而产生局部的弹性不稳定。当压缩增强杆的太长或太细或支承间距太大时，会导致杆失去稳定性。杆将在纵向方向位移，发生屈曲。屈曲后强度降低，开始破坏，导致结构失效。其实，当杆在实际应用中发生弯曲或压缩时，也会有相应的弹性变形。然而，当达到其纵向压缩强度极限时，这种便弹性塑性失稳，导致杆屈曲。杆弯曲的过程在结构分析中非常复杂。
(2)侵彻
侵彻是一个物体通过另一个物体的表面，直接穿透第二个物体的过程。侵彻的过程主要分为两种方式：弹性侵彻和塑性侵彻。弹性侵彻是指当弹性能量超过第二个物体的弹性极限时，外部物体停止侵彻，停止挤压第二个物体并完全反弹。而塑性侵彻是当外部物体侵彻继续向第二个物体施加力时，第二个物体保持弹性塑性转变状态，并发生明显的塑性变形，以承受外部物体的侵彻。
三、复合材料层合板的屈曲和侵彻性能
1.屈曲性能
(1)复合材料的优点
与传统的金属板材相比，复合材料层合板有许多优点。其中，最重要的是其刚度和强度。复合材料中使用的纤维增强材料（如碳纤维、玻璃纤维、硼酸酯纤维等）具有非常好的刚度和强度，尤其是刚度，是其他材料无法比拟的。因此，复合材料层合板的刚度非常高，十分适合需求强度、刚度的高要求的工程型材。
(2)复合材料的缺点
当遇到屈曲和侵彻等问题时，复合材料材料的刚度变成了弱项。如果复合材料薄板的纵向支承距离过大，则易发生屈曲。近年来，在支承跨距方面的研究还没有得出明确的结论。同时，受力状态还受一个梁的长度，厚度和强度和弹性模量的影响。如果层材较少，会使复合材料在屈曲和侵彻过程中丧失层间剪应力传递能力。
2.侵彻和穿透性能
(1)复合材料的优点
与金属板相比，使用纤维增强复合材料制成的层合板具有非常好的侵彻和穿透抵抗性。这是由于复合材料层合板的增强纤维可以分散吸收部分能量，从而达到一定程度的防止穿透和侵彻的削弱作用。
(2)复合材料的缺点
虽然由于强度和刚度很高，并不容易发生穿透和侵彻，但是当穿透和侵彻发生时，对其所担负的职业和责任其影响依然不可忽视。特别是对一些用途较为重要的工程构件，例如坦克的防护板、航空器的机翼等。如果复合材料不能有效抵抗侵彻和穿透，其可靠性将严重受损。
四、复合材料层合板的主要特点及应用
1.主要特点
(1)复合材料层