基于超弹性特性的SMA复合材料层合板低速冲击损伤数值模拟方法

张龙¹，胡殿印^1,2,3，贾傲¹，王荣桥^1,2,3

1. 北京航空航天大学能源与动力工程学院2. 航空发动机结构强度北京市重点实验室

摘 要：基于ABAQUS有限元软件结合VC++6.0程序设计,建立了含不同铺层角度、不同排列密度形状记忆合金（SMA）纤维的复合材料层合板有限元模型。将基于Brinson本构模型的SMA分段线性超弹性模型以及判断复合材料层内失效的三维HASHIN失效准则编译至ABAQUS/VUMAT子程序,使用界面单元模拟复合材料层间区域,建立了SMA复合材料层合板的低速冲击损伤及冲击后剩余强度数值模拟方法。对比了不含SMA纤维层合板、含SMA纤维层合板、含普通金属丝层合板在不同冲击能量下的损伤响应。进一步分析了SMA纤维体积分数和直径变化对冲击响应的影响。冲击后剩余压缩强度模拟结果表明:冲击能量为16J时,含体积分数25%、直径0.5mm的SMA纤维层合板的冲击后剩余压缩强度相比不含SMA纤维层合板提高5.78%、相比含普通金属丝层合板提高4.69%。随着SMA纤维体积分数提高,层合板的抗低速冲击能力增强,当体积分数一定时,较细的（0.3mm）SMA纤维比粗的（0.6mm）SMA纤维对层合板的抗低速冲击能力增强效果更好。

关键词：形状记忆合金;复合材料层合板;低速冲击;剩余压缩强度;有限元法;