【摘 要】
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碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）具有密度低、比强度高、抗疲劳等优点。近几十年来,随着CFRP开始在飞机、轮船、航天器等中被大量使用,其在使用过程中由于冲击引发的损伤状况,以及经历低温、盐雾等恶劣环境后的机理变化越来越受到关注。基于此,本文对CFRP层合板开展不同冲击角度、不同冲击速度的研究,并结合有限元仿真分析其损伤机理。此外,对CFRP层合板进行低温、盐雾的环境模拟,研究其经历恶劣环境后的冲
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碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）具有密度低、比强度高、抗疲劳等优点。近几十年来,随着CFRP开始在飞机、轮船、航天器等中被大量使用,其在使用过程中由于冲击引发的损伤状况,以及经历低温、盐雾等恶劣环境后的机理变化越来越受到关注。基于此,本文对CFRP层合板开展不同冲击角度、不同冲击速度的研究,并结合有限元仿真分析其损伤机理。此外,对CFRP层合板进行低温、盐雾的环境模拟,研究其经历恶劣环境后的冲击损伤变化,为CFRP在恶劣环境下的使用和保护提供理论基础和参考作用。主要内容如下:首先,在现有研究的基础上,推导出单向板的本构方程,为下文的CFRP高速冲击有限元仿真奠定了基础。此外,介绍了CFRP的吸湿增重理论,并同时对CFRP层合板以及其经历低温、盐雾环境后的损伤机理进行说明。其次,采用变冲击参数法对CFRP层合板高速冲击损伤机理进行研究,结合已建立的CFRP层合板高速冲击有限元模型对其进行仿真模拟,详细分析了不同冲击参数下CFRP层合板高速冲击损伤机理。此外,采用冲击设备进行高速冲击实验,对仿真结果进行验证。综合仿真与实验研究得出,在冲击速度低于100m/s时,CFRP层合板未产生明显损伤,但随着冲击速度的增加,CFRP层合板损伤程度不断加深,到达140m/s后CFRP层合板已接近于完全失效。CFRP层合板冲击损伤程度与倾斜角度（实验件与水平方向夹角）有关,在相同速度下,90°损伤程度最大,其次是45°入射,最后是30°入射,即随着倾斜角度不断减小,实验件越不容易受到损伤。最后,分别对低温及盐雾恶劣环境下的CFRP层合板进行高速冲击实验,分析其损伤机理,研究发现在低温环境下层合板刚度增强,在被冲击时更容易发生开裂,但同时分层损伤减小。对于在盐雾环境下CFRP层合板的重量会随时间的增加而增加,其抗冲击能力会明显减弱,冲击所造成的分层损伤会更加严重。
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