低速冲击后复合材料层合板的压缩破坏行为.pdf

复合材料学报第18卷第1期2月2001年

ACTAMATERIAECOMPOSITAESINICAVol.18No.1February2001

文章编号:100023851(2001)0120115205

低速冲击后复合材料层合板的压缩破坏行为

程小全1,2,寇长河1,郦正能1
(1.北京航空航天大学飞行器设计及应用力学系,北京100083;
2.北京航空材料研究院先进复合材料国防科技重点实验室,北京100095)
摘要:对缝纫层合板和无缝纫层合板进行低速冲击后压缩破坏实验,以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机
理。采用C扫描、X射线、热揭层等技术对层合板内的损伤进行测量和对比。结果表明,界面不是很强的碳纤维增强
复合材料层合板低速冲击后受压时,层合板非冲击面的子层屈曲及其扩展是导致层合板冲击后压缩强度下降的重
要因素,而且子层屈曲主要是沿垂直载荷的方向(90°)扩展;对于准各向同性板,屈曲子层中与母层相邻的铺层的方
向一般为90°。层合板的剩余压缩强度与板的冲击损伤面积无直接关系。
关键词:复合材料层合板;低速冲击;损伤;剩余压缩强度
中图分类号:TB330.1文献标识码:A

COMPRESSIVEFAILUREBEHAVIOROFCOMPOSITE
LAMINATESAFTERLOWVELOCITYIMPACT
CHENGXiao2quan1,2,KOUChang2he1,LIZheng2neng1
(1.DepartmentofFlightVehicleDesignandAppliedMechanics,BeijingUniversityof
AeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China;
2.NationalKeyLaboratoryofAdvancedComposites,BeijingInstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095)
Abstract:Compressivefailuretestswerecarriedoutoncompositelaminatesandstitchedlaminates
afterlowvelocityimpacttostudycompressivefailuremechanismsoflaminatesafterlowvelocity
impact.MethodsofX2ray,C2scan,deply,etcwereusedtomeasureandtorecordtheinternaland
externaldamageofthelaminates.Theimplicationsofthisstudywerethatsub2laminatebucklingand
thedelaminationexpendingweretheimportantfactorscausinglargereductionsinstrengthwhile
CFRPlaminateswerecompressedafterlowvelocityimpactiftheinterfacepropertieswerenotvery
fine.Andthebucklingareaexpendedmainlyinthedirectionperpendiculartothecompressiveload.
Forquasi2isotropiccompositelaminates,theorientationoftheplyinbuckledsub2laminatenextto
parentmediumwasgenerally90°.Therewasnodirectrelationbetweenresidualcompressivestrength
andimpactdamagearea.
Keywords:compositelaminate;lowvelocityimpact;damage;residualcompressivestrength

由于低速冲击大大削弱了一般复合材料层合结损伤[3～5]。由于测试手段的限制,对冲击后层合板的
构的承压能力,所以低速冲击后层合板的压缩性能压缩破坏机理了解得还不十分清楚。目前已有的对
是复合材料结构损伤容限设计必须考虑的最严重情低速冲击后层合板压缩破坏机理的描述大致有三
况之一[1]。类,并有三种压缩破坏的分析模拟方法[1]:(1)软化
根据不同的冲击特征,对低速冲击有多种不同夹杂法,将冲击损伤等效成规则形状的软化夹杂,然
的定义方法[1,5]。当冲击速度在1～10mös时,层合后用应力准则、应变准则或其它准则判定板的失效;
板的冲击特征与准静态压缩相同,冲击损伤包括基(2)