摘要
斜纹编织碳纤维复合材料结构因其具有高比刚度和比强度、优异的面内性能、耐腐蚀及可设计性强等一系列优点，广泛应用在航空航天、汽车和船舶的结构部件中。对于应用在船舶领域的复合材料部件，在服役过程中会受到外部低速冲击，很容易产生冲击损伤，降低结构承载能力。因此，对斜纹编织碳纤维复合材料低速冲击损伤和冲击后剩余压缩强度开展研究，具有重要的意义。本文主要的研究工作如下： （1）以斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板为研究对象，利用落锤冲击试验机进行了低速冲击实验。讨论了冲击能量和环境温度对层合板动态响应的影响规律，分析了冲击损伤机理。实验结果表明，斜纹编织复合材料层合板存在凹坑、分层、基体裂纹和纤维断裂等多种失效模式，低速冲击损伤程度随冲击能量的增加而增加，复合材料在低温环境下表现出更好的抗冲击性能。 （2）建立了低速冲击载荷下斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板的有限元模型，通过与实验结果进行对比，验证了所建立有限元模型的有效性，并拓展研究了螺旋结构层合板。研究发现，层合板冲击表面的损伤主要由压应力引起，冲击背面的损伤则主要由拉应力引起；螺旋结构复合材料层合板具有更高峰值力和更低能量吸收能力。 （3）对冲击后的斜纹编织碳纤维层合厚板进行了压缩实验和数值研究，探讨了剩余压缩强度和压缩失效模式与冲击能量之间的关系。结果表明，编织碳纤维层合板的压缩失效模式主要表现为端部压剪失效和横贯冲击损伤区域截断式破坏失效。层合板的剩余压缩强度随冲击能量的增加呈阶梯状下降趋势。螺旋结构能将低速冲击损伤更有效地分布在平面内，降低复合材料的损伤程度，提高结构的剩余压缩强度。
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