車用復(fù)合材料沖擊損傷和殘余強(qiáng)度的預(yù)測方法

實(shí)現(xiàn)汽車輕量化是改善燃油經(jīng)濟(jì)性、降低污染物排放的有效措施。與傳統(tǒng)金屬材料相比，復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度、剛度以及優(yōu)越的抗疲勞特性。但是，由于復(fù)合材料的生產(chǎn)率較低且對復(fù)合材料認(rèn)證的周期也較長，因而導(dǎo)致復(fù)合材料成本較高，阻礙了復(fù)合材料的應(yīng)用。為此,給出復(fù)合材料沖擊損傷和殘余強(qiáng)度的預(yù)測方法，以盡可能降低物理試驗(yàn)次數(shù)，加快復(fù)合材料認(rèn)證，盡可能地降低復(fù)合材料的生產(chǎn)成本。

車用復(fù)合材料的損傷可以分為層內(nèi)損傷和層間損傷，損傷多由低速沖擊產(chǎn)生。低速沖擊損傷在沖擊表面不易被發(fā)現(xiàn)，但復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的殘余強(qiáng)度顯著下降。在對沖擊損傷和殘余強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測時，基于Puck失效準(zhǔn)則可判斷沖擊負(fù)荷下復(fù)合材料是否發(fā)生損傷，該準(zhǔn)則給出了層內(nèi)損傷標(biāo)準(zhǔn)和層間損傷標(biāo)準(zhǔn)。在判斷復(fù)合材料出現(xiàn)損傷后，損傷區(qū)域內(nèi)材料的性能將發(fā)生退化，損傷處的層內(nèi)纖維和層間纖維將出現(xiàn)相對滑移，將這種滑移產(chǎn)生的角度稱為斷裂面角度。將復(fù)合材料失效時層內(nèi)纖維和層間纖維的相對滑動角度定義為最大斷裂角度?；谧畲髷嗔呀嵌葘?fù)合材料的退化程度進(jìn)行評價，評價采用剛度折減方法，即根據(jù)損傷發(fā)生處的斷裂面角度與最大斷裂面角度比值對損傷處的剛度進(jìn)行折算，從而確定復(fù)合材料的沖擊損傷和結(jié)構(gòu)殘余強(qiáng)度。該預(yù)測方法可利用有限元軟件實(shí)現(xiàn)，如ABAQUS軟件。對該方法進(jìn)行驗(yàn)證時，選擇T700/M21單向碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料層壓板進(jìn)行物理沖擊試驗(yàn)，并利用ABAQUS軟件對沖擊后損傷的復(fù)合材料進(jìn)行仿真。結(jié)果顯示，所提出的方法能夠有效預(yù)測復(fù)合材料的損傷，判斷復(fù)合材料的失效，具有較高的效率。

BrianFalzonetal.SAE 2016-01-0497.

編譯：張振偉