270 / 2019-09-26 17:33:17

基于仿生螺旋梯度结构的超薄铺层复合材料抗冲击行为研究

仿生螺旋；超薄铺层；冲击行为；损伤扩展

计算力学在工程中的应用 > 复合材料力学

螺旋结构使甲壳类生物的外壳具备了优异的力学性能，而将这一结构应用于纤维增强树脂基复合材料（FRP）层合板的设计中，来改善其力学性能已被证明是行之有效的方法。然而，螺旋结构与层合板各力学性能之间的相互关联以及作用机制还不明了，无法提炼出针对性的设计准则。本文拟将仿生螺旋设计与超薄铺层设计相结合，旨在从新的视角来解决传统FRP层合板中面临的抗冲击性能差、易分层等顽疾。为此，本文采用超薄铺层概念提出了六种不同的梯度螺旋结构的准各向同性复合材料。采用hashin 准则和cohesive 接触属性研究了不同梯度结构在冲击载荷作用下损伤启裂、扩展等过程，研究螺旋结构与层合板各力学性能的对应关系，揭示螺旋结构和超薄铺层对损伤扩展的诱发机制。研究成果为FRP层合板抗冲击设计及优化提供新的思路和途径，对新型仿生复合材料设计具有重要的指导意义。