碳纤维-玻璃纤维混杂增强环氧树脂复合材料低速冲击性能及其模拟

张辰^1,2，饶云飞^1,2，李倩倩^1,2，李炜^1,2,3

1. 东华大学上海高性能纤维复合材料协同创新中心2. 东华大学纺织学院3. 产业用纺织品教育部工程研究中心

摘 要：本文基于实验和数值模拟方法研究了碳纤维-玻璃纤维混杂增强环氧树脂复合材料低速冲击性能。采用商业有限元软件ABAQUS建立了层间/层内两类混杂复合材料低速冲击模型,采用基于应变形式的Hashin失效准则模拟面内损伤;零厚度Cohesive内聚力单元预测层间分层;编写VUMAT子程序定义渐进失效过程,并结合C扫和Micro-CT扫描,分析了复合材料内部微观损伤形貌及损伤分布情况。结果表明,层间混杂结构复合材料的抗冲击性能更优,其中铺层形式为I-C的混杂复合材料抗冲击性能最佳,冲击面为玻璃纤维时混杂结构复合材料对冲击响应区别不明显,CN-1层内混杂结构复合材料抗冲击性能优于CN-2层内混杂结构复合材料。低速冲击损伤主要为冲击处纤维断裂、基体破坏及界面分层,混杂结构可有效降低冲击破坏,层间混杂结构中玻璃纤维层损伤较大,层内混杂结构损伤受混杂界面影响,碳纤维束对临近的玻璃纤维束具有保护作用。

关键词：混杂复合材料;低速冲击;无损检测;有限元分析;渐进损伤;