低速冲击复合材料损伤模拟的改进模型

"本文提出了一种改进的渐进损伤模型，用于模拟复合材料层合板在低速冲击下的损伤机制和损伤发展。该模型利用3D Hashin破坏准则判断损伤模式，并基于层间正常应变分量e33构建了一个改进的损伤演化模型，以描述复合材料的渐进损伤过程。此外，采用具有二次破坏准则和B-K准则的粘接元素来模拟分层的发展。这些理论和方法被编码到VUMAT中，并在ABAQUS/Explicit包中调用，用于数值模拟，其结果与实验数据进行了比较验证。" 文章详细介绍了如何利用改进的渐进损伤模型来研究复合材料在低速冲击下的行为。复合材料因其优异的性能而广泛应用于航空航天、汽车和结构工程等领域，但其对低速冲击的敏感性是设计和分析中的一个重要问题。低速冲击可能导致内部损伤，如分层、纤维断裂和基体裂纹，这些损伤可能在材料的疲劳寿命和整体结构完整性方面产生重大影响。 首先，3D Hashin破坏准则是一种广泛使用的多轴破坏准则，它考虑了材料在三个主应变方向上的响应。在此模型中，3D Hashin准则被用来判断复合材料在受到低速冲击时的损伤模式，如纤维断裂、基体裂纹和分层等。 接着，作者提出了一个基于层间正常应变分量e33的改进损伤演化模型。这种考虑层间应变的方法有助于更准确地捕捉复合材料内部的损伤发展，因为层间应变通常在层合结构中起到关键作用，特别是在垂直于层压方向的冲击载荷下。 为了模拟分层现象，文章采用了具有二次破坏准则和B-K准则（Bourdin-Kohn-Chambadal准则）的粘接元素。这些准则能够描述材料界面的应力状态，当达到临界条件时，会导致界面分离，从而模拟分层。粘接元素的引入增加了模型的复杂性和准确性，使得在数值模拟中能更好地反映实际损伤过程。 最后，这些理论和模型被编程到VUMAT（用户自定义子程序）中，然后在ABAQUS/Explicit求解器中应用，这是一个强大的非线性有限元软件，特别适合处理动态和冲击问题。通过数值模拟，预测了冲击能量、反作用力、位移等机械行为，并将这些结果与实验数据进行了对比，以验证模型的可靠性和有效性。 这项工作为理解和预测复合材料在低速冲击下的损伤行为提供了重要的工具，对于材料设计和结构安全评估具有重要意义。未来的研究可能会进一步扩展这一模型，以涵盖更多类型的复合材料和更复杂的损伤机理，以提高预测的精确度和普适性。