CFRP层板单搭接胶接结构低速冲击和冲击后拉伸的实验与数值研究

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为研究碳纤维增强复合材料(CFRP)层板单搭接胶接结构在低速冲击(LVI)和冲击后拉伸(TAI)作用下的力学性能，开展了实验和数值模拟研究。基于内聚区模型(CZM)和Hashin失效准则建立了有限元模型(FEM)，用于预测单搭接结构中胶粘剂膜、层内和层间的损伤演化过程，并通过实验验证了模型的有效性。研究考虑了三种不同的搭接长度(20 mm、30 mm和40 mm)和四种不同的冲击能量(完好结构、10 J、20 J和30 J)。结果表明，单搭接结构冲击和冲击后拉伸过程的数值模拟结果与实验结果吻合良好。冲击过程中，层板损伤主要表现为纤维和基体拉伸损伤，胶粘剂膜发生内聚破坏；损伤面积随冲击能量增加而扩大，胶粘剂膜的法向应力随冲击力增加从边缘向中间区域扩展。低速冲击对单搭接胶接结构的影响显著，仅通过增加搭接长度无法有效提高抗冲击性能。拉伸过程中，冲击后拉伸的失效模式为界面失效；由于搭接长度较小，单搭接结构的剩余强度随冲击能量增加而逐步降低；当搭接长度超过30 mm时，低能量冲击对单搭接结构的剩余强度几乎无影响。

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