平头弹冲击下复合材料层合板抗侵彻特性研究

摘要

为探明碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）在高速冲击加载下的力学响应和损伤失效机制，对碳纤维复合材料层合板抗侵彻特性及响应机制展开了研究。基于Hashin损伤准则，采用Cohesive界面单元，建立了考虑分层损伤的碳纤维复合材料层合板在平头子弹侵彻下的数值模拟模型，通过数值模拟计算研究了复合材料层合板在高速冲击侵彻下的吸能特性以及损伤失效模式。根据经典弹道极限理论分析，确定了CFRP层合板的弹道极限，研究了在高速冲击载荷加载下CFRP层合板的损伤演化过程，分析了层合板的损伤机理。结果表明：CFRP层合板吸能特性呈双线性关系，随着冲击能量的增加，层合板能量吸收呈现先快速升高后逐渐平缓的特征；在高速侵彻的冲击作用下，CFRP层合板最先发生着弹点处纤维拉伸断裂，此后损伤破坏区域沿应力薄弱路径扩散，导致基体压溃和层合板背部的鼓包，随后演变为分层损伤，最后发生纤维束劈裂等破坏模式；在高速冲击载荷下层合板下方铺层区域破坏程度逐渐增大，纤维层铺设角度的差异性致使层合板的层间受力状况随之改变，从而使得各层之间形成了多样的破坏区域。

关键词

碳纤维复合材料层合板 / 抗侵彻 / 弹道极限 / 能量吸收 / 冲击载荷