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仿生螺旋结构复合材料动态断裂行为的实验研究和数值模拟

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通过三点弯动态冲击实验和数值模拟,研究了仿生螺旋结构复合材料的动态断裂韧性,该结构是基于Bouligand结构设计的仿生复合结构.首先使用软硬两种基体通过3D打印技术制备了8组不同角度的试样,使用改进的分离式Hopkinson杆完成了动态三点弯冲击实验,得到了试样的位移-载荷曲线、起裂时间和起裂功,并对试样最终断裂形态进行分析.随后在ABAQUS软件中完成了试样断裂全过程的数值模拟,对裂纹的萌生和扩展过程进行了分析.实验和数值模拟结果都表明螺旋角对试样的断裂韧性有很大的影响,在螺旋角度0°～75°的范围内,随着角度的增加试样的断裂韧性增强,而螺旋角度为90°时试样的断裂韧性急剧下降.实验过程中观察到试样在动态断裂过程中存在裂纹偏转现象.最后考察了裂纹偏转对动态断裂的影响机制,结果显示裂纹偏转改变了复合材料的局部断裂模式,增加了断裂面积,从而提升了材料的断裂韧性.
Experimental study and numerical simulation of dynamic fracture behavior of biomimetic spiral structured composite

王瑜、武晓东、安连浩、王可

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太原理工大学 机械与运载工程学院,太原 030024

中国辐射防护研究院 核应急与核安全研究所,太原 030006

三点弯冲击 螺旋结构复合材料 动态断裂韧性 3D打印 仿生

国家自然科学基金山西省高校创新科技资助计划

11702185173230113-S

2022

10.13801/j.cnki.fhclxb.20220112.003

复合材料学报
北京航空航天大学 中国复合材料学会

复合材料学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：0.933
ISSN：1000-3851
年,卷(期)：2022.39(12)
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