蜂窝夹芯复合材料低能量冲击损伤行为的试验与数值模拟

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蜂窝夹芯复合材料结构在低能量冲击下易发生损伤，导致结构承载能力急剧下降，威胁整体安全性。本研究通过试验和数值模拟相结合的方法，系统研究了蜂窝夹芯复合材料试件的冲击损伤行为。采用落锤冲击试验，对T300、T700和T800三种面板材料在10 J、20 J和40 J三个冲击能量等级下的损伤模式、损伤参数和接触力-时间曲线进行了测试。利用数字图像相关（DIC）技术测量了下层面板的变形和应变。试验结果表明，损伤程度随冲击能量增加而加剧；T300面板在40 J冲击能量下出现明显纤维断裂；冲击过程依次发生上层面板基体开裂、纤维断裂和分层，随后蜂窝芯体受压溃，最后下层面板出现轻微纤维损伤。T800面板因强度较高，相比T700和T300面板表现出最强的抗损伤能力。建立了考虑微观失效准则和冲击过程中多种接触形式的蜂窝夹芯复合材料有限元模型，进行了低能量冲击数值模拟分析，确定了损伤模式、损伤尺寸和接触力曲线。对比分析表明数值模拟结果与试验结果吻合良好。本研究为蜂窝夹芯复合材料在航空领域的广泛应用提供了有价值的技术支撑。

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