复合材料薄壁方管准静态轴向压缩失效机理及吸能特性

冯振宇^1,2，周坤^1,2，裴惠^1,2，解江^1,2，牟浩蕾^1,2，詹绍正³，杨鹏飞³

1. 民航航空器适航审定技术重点实验室2. 中国民航大学适航学院3. 中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室

摘 要：以[±45]_3s铺层的碳纤维增强复合材料薄壁方管为对象,进行准静态轴向压缩试验,研究其轴向压缩失效模式及破坏吸能特性。试验结果表明,[±45]_3s方管在准静态轴向压缩载荷作用下的破坏模式为局部屈曲失效模式;在局部屈曲区,失效主要表现为纤维与基体断裂、分层以及轴向与纵向裂纹扩展,并耗散大量能量;在弹性区,能量耗散大部分由于层间分层,少部分来自于纤维与基体弹性变形。基于Puck2000基体失效准则与Yamada Sun纤维失效准则,研究建立单层壳、多层壳、层合壳3种有限元模型,对方管轴向压缩失效模式和吸能特性进行模拟。仿真结果表明,3种有限元模型能够在一定程度上复现[±45]_3s方管轴向压缩失效模式及吸能特性,但层合壳模型能够更好地模拟[±45]_3s方管局部屈曲的失效模式,且比吸能误差最小,仿真结果与试验结果最接近。

关键词：复合材料薄壁结构;失效机理;吸能特性;单层壳模型;多层壳模型;层合壳模型;