1、引言
复合材料因其比刚度高、比强度高以及耐疲劳等优点，被广泛运用于航空航天领域。在复合材料应用于飞机结构设计的早期，由于当时设计者对复合材料性能特征缺乏了解，所以仍沿袭金属材料结构损伤容限设计概念。当这些复合材料结构部件返回检修时，发现冲击造成的损伤对复合材料结构的剩余性能影响非常大。复合材料飞机结构的使用经验表明：在结构完整性方面与金属结构的最大差别是其耐久性和损伤容限要求，其中尤为重要的是低速冲击损伤。复合材料的低速冲击损伤一般具有目视不可见性（BVID），并且会造成结构承载能力下降超过50%。因此一直以来，低速冲击损伤一直是设计师和航空公司关注的重点之一，也是开发新材料时关注的焦点。
2021年，复合材料力学领域重点期刊《Journal of Reinforced Plastics and Composites》发表了西北工业大学郑锡涛教授团队在复合材料层合板低速冲击损伤方面的试验研究和有限元仿真工作，论文标题为“Bridging the low-velocity impact energy versus impact damage and residual compression strength for composite laminates”，第一作者为西安交通大学机械工程学院助理教授张迪博士。
该论文建立了考虑纤维弯折（fiber kinKing）和分层损伤的三维渐进损伤分析模型，并在此基础上通过有限元分析给出了冲击能量和冲击损伤及冲击后剩余压缩强度（CAI）的普遍关系。研究结果指出：在冲击能量较低时，损伤面积CAI随着冲击能量线性变化，当冲击能量超过一定值之后，损伤面积（或CAI）—冲击能量曲线将呈现水平趋势，即损伤面积（或CAI）不再随着冲击能量的增大而增大（或减小）。
2、内容简介
（1）试验研究
该文首先采用CCF300/BA9916II复合材料层合板，分别参考ASTM D7136和ASTM D7137标准进行低速冲击试验和冲击后压缩试验，如图1所示。
图1 复合材料（a）低速冲击试验（b）冲击后压缩试验
（2）仿真分析
接着建立了仿真分析模型，包括层内损伤和层间损伤（分层），其中层内损伤基于LaRC05失效准则，并考虑了横向压缩断裂面；层间损伤基于Abaqus内嵌的Cohesive单元和双线性traction–separation 模型；图2为LaRC05失效准则中的纤维弯折分析模型示意图，图3为基体压缩损伤模型示意图。图4所示为有限元模型。
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图2 纤维弯折模型示意图 | 图3 基体压缩损伤示意图 |
