仿生螺旋复合材料层板的高速冲击响应与损伤行为：实验与数值研究

摘要整理

仿生螺旋复合材料层板相比传统层板具有更优的抗冲击性能和能量吸收能力。为研究仿生螺旋层板在高速冲击下的响应特性和损伤行为，设计并制备了三种螺旋角的复合材料层板进行测试。采用两种轻气枪装置提供低、高两个冲击能量等级，使用速度计测量冲击速度，通过扫描电子显微镜观察层板截面损伤形貌。基于Hashin失效准则和修正的动态增强因子建立数值模型，模拟螺旋层板的损伤演化过程。研究结果表明：在低冲击能量作用下，螺旋机制通过产生额外的分层来吸收冲击能量，螺旋角为15°的层板表现出最大分层面积和最小残余速度；在高冲击能量作用下，螺旋机制难以改善能量吸收效果，反而会抑制分层损伤的发展，螺旋角为45°的层板对分层损伤的抑制效果最显著，分层面积减少35.41%。基于这些差异性，在高速冲击抗力设计中应谨慎应用螺旋层板结构，应避免高能量冲击工况。研究成果可为新型抗冲击结构设计提供指导。

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