复合材料船舶结构低速冲击的仿真与试验研究

摘要整理

复合材料因其优异性能在船舶领域应用日益广泛。研究复合材料层板的低速冲击性能对确保复合材料船舶结构的运行安全具有重要意义。本研究对12种不同铺层形式的玻纤增强复合材料（GRP）层板进行了低速落锤冲击试验，获得了冲击诱发的机械响应特征。基于复合材料层板的损伤模型和刚度退化准则，通过编写VUMAT子程序、采用三维Hashin失效准则和内聚区模型，建立了低速冲击仿真模型，可判断复合材料结构的纤维失效、基体失效和层间失效。通过与冲击试验结果对比验证，该仿真模型能够很好地表征GRP层板的低速冲击过程。根据冲击面和背面的损伤形貌分析，总结了不同铺层形式对GRP层板低速冲击损伤的影响规律。铺层形式对复合材料层板损伤有显著影响，特别是外层2～3层对冲击面和背面损伤起主要作用。相同冲击能量下，背面损伤面积大于冲击面，存在相应的铺层形式可使损伤面积最小。通过分析冲击力、冲击器位移、反弹速度和吸收能量随时间的响应关系，获得了更优的GRP层板铺层形式。在12块试板中，P4试板的最大冲击力、吸收能量和损伤面积最小，抗冲击性能优于其他试板，更符合复合材料船舶的要求。该研究对复合材料船舶结构低速冲击性能的研究具有指导意义。

相关论文