趙巧莉 侯玉亮 劉澤儀 李 成

鄭州大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，鄭州，450001

0 引言

碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料內(nèi)部編織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，由經(jīng)緯向紗線交織排列而成，擁有良好的可設(shè)計(jì)性，且結(jié)構(gòu)整體性及韌性均優(yōu)于單向碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域[1-3]。平紋機(jī)織復(fù)合材料內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)交錯(cuò)排列，在制備過(guò)程中易出現(xiàn)微裂紋等缺陷，影響材料宏觀力學(xué)性能，且材料失效形式多樣(纖維斷裂、基體開(kāi)裂和層間損傷)，各種失效形式相互耦合，這些因素致使單一尺度模型分析已不能滿足材料性能預(yù)測(cè)需求。

針對(duì)機(jī)織復(fù)合材料力學(xué)性能的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開(kāi)展大量研究工作[4-17]。嚴(yán)實(shí)等[6]采用大量試驗(yàn)，通過(guò)低速?zèng)_擊(low-velocity impact, LVI)和沖擊后壓縮(compression after impact, CAI)性能測(cè)試獲取不同編織角度復(fù)合材料的沖擊后剩余力學(xué)性能，結(jié)果表明隨著編織角度的增大，沖擊后剩余強(qiáng)度降低。試驗(yàn)法只能從宏觀層面分析材料性能，且此種方法需要大量試驗(yàn)樣本，成本較高。許燦等[9]構(gòu)建了基于平紋機(jī)織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)隨機(jī)參數(shù)的微觀及細(xì)觀多尺度模型，利用自下而上層級(jí)傳遞的策略逐尺度研究其力學(xué)性能不確定性，研究結(jié)果表明，此種方式構(gòu)建的多尺度模型能高效準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)各尺度力學(xué)性能的隨機(jī)預(yù)測(cè)。UDHAYARAMAN等[10]利用1/4代表性體積單元模型建立微觀及細(xì)觀單胞模型，采用Mori-Tanaka理論預(yù)測(cè)分析平紋機(jī)織復(fù)合材料損傷失效形式，并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了多尺度模型的有效性。王新峰[11]采用多尺度分析方法，在細(xì)觀尺度構(gòu)建纖維束有限元模型，在宏觀尺度構(gòu)建機(jī)織復(fù)合材料有限元模型，利用三維實(shí)體單元研究機(jī)織復(fù)合材料的剛度、強(qiáng)度性能，及其在各種載荷作用下的損傷過(guò)程；根據(jù)材料組分基礎(chǔ)參數(shù)，利用多尺度模型逐層預(yù)測(cè)材料宏觀力學(xué)性能參數(shù)，為優(yōu)化材料力學(xué)性能提供了一種較為高效的計(jì)算方法，試驗(yàn)成本低，應(yīng)用范圍廣。

碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料主要作為蒙皮材料用于航空結(jié)構(gòu)中，此種工況對(duì)材料抗沖擊性、抗壓縮性要求較高，已有學(xué)者對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行抗沖擊性及剩余壓縮強(qiáng)度的研究[13-22]。GHELLI等[18]對(duì)不同厚度的碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂基層合板進(jìn)行了LVI及CAI試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)壓縮失效主要發(fā)生在沖擊損傷區(qū)域，而殘余抗壓強(qiáng)度則在預(yù)先存在的分層區(qū)域顯著減小。HOU等[19]利用宏觀有限元模型對(duì)碳纖維復(fù)合材料單次沖擊及沖擊后壓縮、多次沖擊及沖擊后壓縮損傷失效行為進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果表明沖擊能量、沖擊次數(shù)對(duì)剩余壓縮強(qiáng)度均有影響。SUN等[20]利用LVI及CAI損傷失效行為詳細(xì)分析了沖擊能量、分層面積及壓痕等因素對(duì)不同鋪層結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料在沖擊后壓縮失效過(guò)程的影響。

為了便于優(yōu)化碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料力學(xué)性能，降低材料制造成本，本文提出一種基于微觀-細(xì)觀-宏觀的多尺度模型來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其LVI及CAI性能。

1 碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料多尺度模型

1.1 微觀尺度模型

纖維束的力學(xué)性能參數(shù)是碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料力學(xué)性能多尺度分析的基礎(chǔ)，因此本文利用微觀尺度上的代表性體積單元(representative volume element, RVE)模型對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

(1)

表1 T300碳纖維和7901環(huán)氧樹(shù)脂基體的力學(xué)參數(shù)

采用四面體單元對(duì)整個(gè)RVE模型進(jìn)行離散，得到其有限元模型如圖1b所示，網(wǎng)格尺寸設(shè)為0.05 mm，碳纖維與基體之間采用共節(jié)點(diǎn)連接方式，以保證節(jié)點(diǎn)位移的連續(xù)性。

(a)幾何模型 (b)有限元模型圖1 微觀尺度“碳纖維-基體”RVE幾何模型和有限元模型Fig.1 Geometrical model and FE model of microscale“carbon fiber and matrix” RVE model

微觀RVE模型采用最大應(yīng)力準(zhǔn)則表征碳纖維和基體的損傷起始，損傷演化則采用基于斷裂韌性的損傷退化模型來(lái)描述?；谏鲜鰮p傷模型及T300碳纖維、7901環(huán)氧樹(shù)脂基體力學(xué)參數(shù)編寫(xiě)UMAT子程序，并采用周期性邊界條件對(duì)微觀尺度“碳纖維-基體”RVE模型分別施加縱向和橫向拉伸與壓縮、面內(nèi)及面外剪切6種位移載荷，得到其等效應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線，從而得到碳纖維束的等效力學(xué)參數(shù)(表2)。

表2 由微觀尺度模型分析得到的碳纖維束等效力學(xué)參數(shù)

1.2 細(xì)觀尺度模型

碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料力學(xué)性能不僅取決于基體和碳纖維的力學(xué)性能參數(shù)，還與纖維束編織結(jié)構(gòu)有關(guān)。為精確地構(gòu)建細(xì)觀尺度高保真RVE模型，本文利用超景深顯微鏡KEYENCE-VHX-6000觀測(cè)平紋機(jī)織復(fù)合材料編織結(jié)構(gòu)，如圖2a所示。在后續(xù)仿真計(jì)算中，本文將碳纖維束編織路徑簡(jiǎn)化為包含直線與正弦曲線的組合路徑，將纖維束橫截面簡(jiǎn)化為橢圓形截面，從而得到其幾何模型，然后采用四面體單元對(duì)其進(jìn)行離散，纖維束與基體之間使用共節(jié)點(diǎn)連接，其編織結(jié)構(gòu)有限元模型如圖2b所示，幾何尺寸如表3所示。本文假設(shè)相鄰纖維束之間無(wú)直接接觸，而是存在一個(gè)最小厚度為0.01 mm的基體填充區(qū)，因此纖維束間不存在摩擦作用。

(a)編織結(jié)構(gòu)圖

表3 細(xì)觀模型幾何尺寸

碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料在制備過(guò)程中，纖維束的主方向沿著其機(jī)織路徑不斷變化，而非一直沿著主坐標(biāo)軸方向。為了客觀描述該現(xiàn)象，本文采用ABAQUS軟件中的離散方向(Discrete)功能來(lái)定義纖維束單元的主方向，如圖3所示。

圖3 纖維束主方向示意圖Fig.3 Schematic of principal direction of yarn

碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料高保真細(xì)觀RVE模型中基體的損傷起始采用最大主應(yīng)力準(zhǔn)則來(lái)描述，碳纖維束則采用三維Hashin失效準(zhǔn)則[21]，本文采用漸進(jìn)退化模型[21]表征其損傷演化，對(duì)其剛度矩陣進(jìn)行折減?；谏鲜鰮p傷起始及剛度退化模型，將表2中碳纖維束等效力學(xué)參數(shù)和表1中基體力學(xué)參數(shù)代入細(xì)觀RVE模型中，編寫(xiě)UMAT用戶子程序，對(duì)細(xì)觀RVE模型施加經(jīng)向拉伸、經(jīng)向壓縮、面內(nèi)剪切及面外剪切4種位移載荷，得到其應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線。

1.3 等效交叉層合板模型及局部均勻化方法

(a)高保真細(xì)觀RVE模型 (b)ECPL模型 (c)宏觀模型圖4 碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料不同模型之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程Fig.4 Conversion process of different models of plain woven carbon-fiber-reinforced composites

圖5 ECPL模型幾何尺寸Fig.5 Geometrical parameters of ECPL model

高保真細(xì)觀RVE模型的等效應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表示為

ε=Sσ

(2)

ε=(ε11,ε22,ε33,ε23,ε13,ε13)

(3)

σ=(σ11,σ22,σ33,σ23,σ13,σ12)

(4)

式中，S為等效柔度矩陣；ε為等效應(yīng)變向量；σ為等效應(yīng)力向量； 下標(biāo)1、2、3分別對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸X、Y、Z方向。

等效應(yīng)力矢量和應(yīng)變矢量中的各個(gè)分量則采用體積平均法求出：

(5)

(6)

式中，εij、σij分別為單元在各個(gè)方向的應(yīng)變和應(yīng)力分量；V為模型的總體積。

在ECPL模型中構(gòu)建0°和90°兩個(gè)方向單層對(duì)應(yīng)的單元集合，并將式(5)和式(6)寫(xiě)入Python腳本中，對(duì)ABAQUS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，按照上述局部均勻化方法從細(xì)觀RVE模型的整體應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)中提取出0°和90°單層的等效應(yīng)力應(yīng)變曲線，計(jì)算得到各單層的等效力學(xué)參數(shù)，如表4所示。

表4 ECPL模型中0°和90°單層等效力學(xué)參數(shù)

1.4 碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料低速?zèng)_擊及沖擊后壓縮數(shù)值模型

1.4.1有限元模型

基于上述碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料宏觀模型及試驗(yàn)設(shè)備中壓頭及底座的實(shí)際幾何尺寸，構(gòu)建碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料LVI及CAI有限元模型，如圖6所示。LVI模型中，沖頭只能在Z方向自由移動(dòng)，并定義沖頭與試件之間是通用接觸，以防止單元之間相互滲透。橡皮夾頭及底座設(shè)為全約束，以保證層合板在沖擊過(guò)程中不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。在CAI模型中，將試件下邊界設(shè)為全約束，用于固定試件，在試件兩邊施加Z方向的約束，以防試件在壓縮過(guò)程中發(fā)生屈曲變形。試件采用六面體單元(C3D8R)離散而成，其鋪層順序?yàn)閇(0/90)8]，尺寸為150 mm×100 mm×2 mm。相鄰單元層之間采用零厚度的cohesive單元進(jìn)行層間損傷分析，且cohesive單元與相鄰單元層之間采用共節(jié)點(diǎn)連接，以確保節(jié)點(diǎn)位移連續(xù)性。

圖6 碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料LVI及CAI試驗(yàn)有限元模型Fig.6 FE models of LVI and CAI tests for plain wovencarbon-fiber-reinforced composites

1.4.2宏觀模型的損傷分析

針對(duì)碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料層合板宏觀模型的損傷分析，纖維束和基體同樣采用三維Hashin失效準(zhǔn)則及漸進(jìn)退化模型，膠層選用雙線性本構(gòu)模型，如圖7所示，力學(xué)參數(shù)[23]見(jiàn)表5。cohesive單元在階段1處于線彈性狀態(tài)，當(dāng)其應(yīng)力值達(dá)到A點(diǎn)時(shí)，cohesive單元出現(xiàn)損傷，判斷準(zhǔn)則可表示為

(7)

圖7 cohesive單元雙線性本構(gòu)模型Fig.7 Bilinear constitutive model of the cohesive element

表5 cohesive單元力學(xué)參數(shù)

cohesive單元在階段2處于線性軟化階段，當(dāng)其應(yīng)力值降到B點(diǎn)時(shí)單元完全失效，判斷準(zhǔn)則采用基于斷裂能的B-K準(zhǔn)則：

(8)

基于上述層內(nèi)及層間損傷起始和損傷演化模型，即可構(gòu)建碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料LVI及CAI有限元模型。

2 低速?zèng)_擊及沖擊后壓縮試驗(yàn)驗(yàn)證

低速?zèng)_擊試驗(yàn)平臺(tái)所選用的沖擊試驗(yàn)機(jī)為長(zhǎng)春科新試驗(yàn)儀器有限公司的XBL-300，具體包括控制平臺(tái)、防二次碰撞裝置、橡皮頭夾具、導(dǎo)軌及沖頭，如圖8a所示，沖頭質(zhì)量為2.5 kg，直徑為25 mm。數(shù)據(jù)采集裝置包括：PCB壓力傳感器，用來(lái)測(cè)量沖擊力并輸出數(shù)據(jù)；高速攝像機(jī)，幀頻設(shè)為1000，用于獲取沖頭在沖擊過(guò)程中的速度。低速?zèng)_擊試驗(yàn)按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[24]進(jìn)行。

(a)LVI試驗(yàn)平臺(tái) (b)CAI試驗(yàn)平臺(tái)圖8 LVI及CAI性能測(cè)試平臺(tái)Fig.8 Experimental setups for LVI and CAI behaviors

沖擊后壓縮試驗(yàn)采用萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)WDW-300，如圖8b所示，壓縮速度設(shè)為0.5 mm/min。壓縮過(guò)程中利用DIC測(cè)試系統(tǒng)采集試件的壓縮位移，用于輸出力-位移曲線。沖擊后壓縮試驗(yàn)按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[25]進(jìn)行操作。分別選取沖擊能量Ip為8 J、10 J、12 J進(jìn)行低速?zèng)_擊試驗(yàn)，每種沖擊能量下選用3個(gè)試件作為一組，取其平均值作為最終試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果討論

3.1 不同沖擊能量下的碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料力學(xué)性能多尺度分析

3.1.1低速?zèng)_擊力學(xué)響應(yīng)分析

本文利用2.52 m/s、2.83 m/s和3.10 m/s的瞬時(shí)沖擊速度獲取8 J、10 J和12 J的沖擊能量進(jìn)行低速?zèng)_擊試驗(yàn)。圖9和圖10分別給出了不同沖擊能量下，數(shù)值模擬與試驗(yàn)得到的力-時(shí)間曲線和能量-時(shí)間曲線，由圖可知，試驗(yàn)曲線與仿真曲線趨勢(shì)基本一致。但由于試驗(yàn)過(guò)程中沖頭與滑軌之間有能量損耗，試驗(yàn)得到的峰值力均比仿真得到的峰值力小，其中8 J、10 J、12 J沖擊能量下峰值力誤差分別為6.70%、6.92%、2.96%。由圖10可知，沖擊能量越大，試件纖維斷裂、基體開(kāi)裂和分層損傷越嚴(yán)重，試件從沖擊動(dòng)能中吸收到的能量越大。

(a)Ip=8 J (b)Ip=10 J (c)Ip=12 J圖9 沖擊力-時(shí)間曲線Fig.9 Curves of impact force with time

(a)Ip=8 J (b)Ip=10 J (c)Ip=12 J圖10 能量-時(shí)間曲線Fig.10 Curves of energy with time

從圖9和圖10中可以看出低速?zèng)_擊過(guò)程主要分為三個(gè)階段：A階段是沖擊開(kāi)始階段，此時(shí)試件尚未出現(xiàn)損傷，沖擊力逐漸增加，且試件開(kāi)始吸收沖頭動(dòng)能；B階段是沖擊振蕩階段，試件受沖擊部位已經(jīng)出現(xiàn)分層、纖維斷裂和基體開(kāi)裂等不同程度的損傷，沖擊力出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象且逐漸達(dá)到峰值，同時(shí)試件吸收能量達(dá)到最大值；C階段是沖頭回彈階段，當(dāng)沖頭動(dòng)能全部消耗后，沖頭在試件反作用力下開(kāi)始回彈，在此過(guò)程中試件不會(huì)出現(xiàn)新的損傷，沖擊力逐漸減小，試件所吸收的能量也開(kāi)始減小，直到?jīng)_頭與試件分離時(shí)，能量值收斂于一個(gè)定值，此能量值即為試件最終所吸收的能量。

3.1.2低速?zèng)_擊損傷行為分析

借助超景深顯微鏡觀測(cè)試件損傷形貌，結(jié)果如圖11所示。由圖可知試件正面損傷分布基本呈圓形，背面損傷分布則呈橢圓型。8J沖擊能量下，試件正面只有少量局部基體開(kāi)裂(圖11a)，背面出現(xiàn)沿編織方向的基體開(kāi)裂現(xiàn)象(圖11b)。10J沖擊能量下，試件正面基體開(kāi)裂范圍擴(kuò)大(圖11c)，少量纖維束斷裂，背面出現(xiàn)基體開(kāi)裂及分層現(xiàn)象(圖11d)。12J沖擊能量下，試件正面出現(xiàn)大量基體開(kāi)裂、纖維束斷裂及分層現(xiàn)象(圖11e)，背面出現(xiàn)基體開(kāi)裂、纖維束拔出現(xiàn)象(圖11f)。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出，碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料受到的沖擊能量越大，損傷失效形式越復(fù)雜，導(dǎo)致沖擊力振蕩加劇，試件吸收能量增大，與上述沖擊力-時(shí)間曲線、能量-時(shí)間曲線趨勢(shì)一致。

(a)Ip=8 J，正面損傷 (b)Ip=8 J，背面損傷

圖12分別給出了8J和12J沖擊能量下試件沖擊損傷云圖。從圖中可以觀察到，第一層層合板與第一層膠層(即正面一側(cè))損傷均呈圓形分布，如圖12a和圖12c所示；第八層層合板與第七層膠層(即背面一側(cè))損傷呈橢圓型分布，且沿著0°與90°纖維束方向擴(kuò)展，如圖12b、圖12d所示。沖擊能量越大，試件纖維斷裂、基體開(kāi)裂與分層損傷越嚴(yán)重。此外，在中心損傷區(qū)域附近有一些不連續(xù)損傷出現(xiàn)，且主要出現(xiàn)在0°與90°層交叉處。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是由于碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料非理想均質(zhì)結(jié)構(gòu)，在碳纖維束波動(dòng)處會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生一些不規(guī)則損傷。利用多尺度模型預(yù)測(cè)得到的沖擊損傷發(fā)生位置、損傷程度與試驗(yàn)結(jié)果一致，驗(yàn)證了本文所提出多尺度模型在預(yù)測(cè)低速?zèng)_擊損傷過(guò)程中的正確性。

(a)第一層(試件正面)纖維、基體損傷

3.2 碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料沖擊后壓縮力學(xué)性能多尺度分析

3.2.1沖擊后壓縮力學(xué)響應(yīng)分析

對(duì)低速?zèng)_擊后的試件施加2 mm位移載荷進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，得到力-位移試驗(yàn)曲線，與仿真曲線對(duì)比分析，兩者趨勢(shì)基本吻合，8 J、10 J、12 J沖擊能量下壓縮失效載荷誤差分別為5.82%、4.97%、5.63%。由圖13中曲線可知，沖擊后試件的壓縮損傷呈脆性斷裂，且斷裂發(fā)生在預(yù)設(shè)最大壓縮位移之前；試件在沖擊階段所受沖擊能量越大，在壓縮階段的壓縮斷裂載荷越小。

(a)Ip=8 J

計(jì)算得到的剩余壓縮強(qiáng)度見(jiàn)表6。當(dāng)試件出現(xiàn)低速?zèng)_積損傷時(shí)，剩余壓縮強(qiáng)度開(kāi)始減?。浑S著沖擊能量的增大，剩余壓縮強(qiáng)度呈非線性下降趨勢(shì)，即試件在CAI過(guò)程中更易出現(xiàn)損傷，從而導(dǎo)致試件失效。

表6 不同沖擊能量下材料剩余壓縮強(qiáng)度

3.2.2沖擊后壓縮損傷行為分析

試驗(yàn)得到的試件沖擊后壓縮的損傷形貌如圖14所示。8 J沖擊能量下，試件受到壓縮載荷后完全壓潰斷裂，側(cè)面斷口處(圖14中紅線位置)出現(xiàn)嚴(yán)重的纖維斷裂及分層現(xiàn)象，如圖14a所示。10 J沖擊能量下，壓縮后試件也完全斷裂，從側(cè)面斷口處可以看出基體開(kāi)裂及分層現(xiàn)象集中出現(xiàn)在試件正面及背面，中心層并未出現(xiàn)明顯損傷，如圖14b所示。12 J沖擊能量下，在相同壓縮載荷作用下試件并未在中間位置完全斷裂，側(cè)面斷口處只出現(xiàn)少量分層現(xiàn)象，如圖14c所示，說(shuō)明試件在較小壓縮載荷作用下已完全失效。同時(shí)，由圖14c可得，試件所呈現(xiàn)的損傷主要表現(xiàn)為層間損傷，層內(nèi)損傷較小，說(shuō)明試件受到的低速?zèng)_擊損傷嚴(yán)重時(shí)，在壓縮載荷作用下?lián)p傷失效主要取決于剩余層間強(qiáng)度，纖維束與基體的損傷影響較小。

(a)Ip=8 J (b)Ip=10 J

圖15給出了8 J、12 J沖擊能量下，試件第一層膠層在沖擊后壓縮模擬過(guò)程中不同壓縮位移處的損傷云圖?？梢杂^察到，試件在CAI過(guò)程中損傷起始于已出現(xiàn)的沖擊損傷處，隨著壓縮位移的增加，損傷沿寬度方向向兩邊延伸，直至完全斷裂失效。在12 J沖擊能量下，膠層在試件中間位置完全損傷，進(jìn)一步說(shuō)明隨著沖擊能量的增大，分層損傷對(duì)試件失效影響較大，層內(nèi)損傷對(duì)其影響較小。

(a)D=0.81 mm,Ip=8 J(b)D=0.81 mm,Ip=12 J

4 結(jié)論

(1)本文提出引入基于局部均勻化的等效變叉層合板(ECPL)模型，用于構(gòu)建計(jì)算碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料力學(xué)性能參數(shù)的多尺度模型。通過(guò)低速?zèng)_擊(LVI)及沖擊后壓縮(CAI)試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)沖擊過(guò)程中力-時(shí)間曲線、能量-時(shí)間曲線及壓縮過(guò)程中的力-位移曲線趨勢(shì)一致且誤差均在7%以內(nèi)，證明此多尺度模型準(zhǔn)確有效。

(2)試驗(yàn)得到的關(guān)于碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料LVI和CAI的損傷位置、損傷擴(kuò)展及損傷形貌與仿真結(jié)果一致，證明該多尺度模型的預(yù)測(cè)分析是準(zhǔn)確的。碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料受到的沖擊能量越大，其纖維斷裂、基體開(kāi)裂及分層損傷越嚴(yán)重，且損傷面積和吸收的能量越大。

(3)對(duì)碳纖維平紋機(jī)織復(fù)合材料進(jìn)行沖擊后壓縮，層合板受到的沖擊能量越大，其剩余壓縮強(qiáng)度越小，且隨著沖擊能量的增大，剩余壓縮強(qiáng)度呈非線性下降趨勢(shì)。沖擊能量較大時(shí)，試件在CAI過(guò)程中呈現(xiàn)出的分層損傷比層內(nèi)損傷嚴(yán)重，即試件的損傷失效主要取決于分層損傷。