估算蜂窝夹层板的冲击损伤

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来源:正脉科工CAE

复合夹层结构越来越多地用于航空航天应用中的部件,例如飞机襟翼的后缘楔。然而,夹层结构通常不易抵抗冲击损坏。奥克兰大学的聚合物和复合材料研究中心使用LUSASComposite开发了一种损伤材料模型,该模型将模拟在一系列冲击载荷下夹层板的岩心破坏。

在飞机襟翼上,从跑道上抛出的工具掉落,冰雹或碎片可能会发生低速撞击。低质量物体(如鸟类)也会发生高速撞击。使用开发的损伤材料模型进行了两种不同的数值模拟,以对两种类型的影响进行实验测试的比较评估。

损伤材料模型基于弹性和非弹性应变积累的组合以及模量矩阵的退化。它需要初始损伤阈值,损伤函数的梯度以及要定义的最大损伤值。根据实验数据,对于典型的Nomex蜂窝体,发现刚度降低为60%,模量比为40%。损伤材料模型嵌入轴对称,显式动态分析中,另外考虑了有限应变和大变形行为。

在软体实验中,使用填充有水的橡胶膜作为冲击射弹。为了对此进行建模,定义了具有低杨氏模量和泊松比接近0.5的各向同性弹性材料,以允许恒定的体积变形。面板边界上的夹具由LUSAS模型中的适当支撑表示。滑动线自动处理撞击体和夹层之间的接触,并且还将夹层模型的部件捆绑在一起。总共有64,个时间增量,总运行时间为6.44ms,模拟了撞击事件。

在柔软的身体冲击期间,射弹在夹层的表面上变形,导致浅的,大的平面区域缺陷发展并保留在夹层中。LUSAS从该事件预测的内部核心损伤的直径和深度与实验结果相比非常好。通过使用LUSAS绘制损伤的轮廓,可以很容易地看到夹层核心中蜂窝破碎的程度。

总体而言,使用损伤材料模型对软冲击的分析表明,在损伤直径和岩心破碎深度方面与实验结果具有良好的相关性。发现使用损伤模型计算的永久变形大约是实验板的两倍。时间相关的恢复和面板的切片以进行测量的组合可以解释这一点。然而,LUSAS模型确实提供了峰值撞击时面板中最大变形的值。

在使用相同损伤材料模型的硬体撞击研究中,使用28,个时间增量,在2.4ms的总经过时间内分析以与夹层表面垂直的15.3ms-1的速度撞击的射弹。核心破碎的程度由ac


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