题目：z-pin增韧复合材料层合板低速冲击损伤研究

摘 要本文采用试验与有限元计算相结合的方式对z-pin层板在低速冲击下出现的损伤进行了深入研究。参照现有的z-pin增韧复合材料层合板关于І，II型层间韧性的研究有关的模型，确定有限元冲击模拟方法。基于z-pin细观力学行为，将z-pin对层合板的基于相对位移的轴向摩擦力通过ABAQUS子程序添加到层合板中,布置在z-pin的作用区来模拟z-pin的桥联作用。首先通过对经典双悬臂梁Ⅰ型裂纹扩展实验以及相应的有限元模拟验证了该方法的有效性。基于此法，结合层合板在低速冲击时四种损伤模式，在每层之间插入界面单元，模拟z-pin增韧复合材料层合板低速冲击行为，研究其冲击分层损伤情况。具体本文的研究工作归纳如下：1. 基于复合材料的损伤特点及损伤机制，建立一般层合板的低速冲击模拟方法，在该方法中，结合基体损伤，纤维损伤，分层这几种主要的损伤模式，引入hashin断裂准则以及零厚度cohesive界面单元，有效的模拟复合材料低速冲击行为。2. 基于细观力学模型，研究z-pin的桥联作用以及z-pin层合板与传统层合板在冲击损伤方面的区别，通过试验以及模拟研究对比，来确定z-pin是怎样发挥作用的以及产生的效果。进而找到z-pin最佳的模拟方法，引入到z-pin层合板中进行低速冲击模拟研究。3. 基于上述的z-pin模拟方法，首先引入到双悬臂梁试验以及模拟研究，双悬臂梁的界面比较单一，而且分层为唯一破坏模式，现象明显便于观察z-pin的效果，也更直接方便的确定新的z-pin模拟方法的有效性。4. 基于双悬臂梁相关结果，在证实新的z-pin模拟方法的有效性后引入到传统层合板低速冲击损伤研究中，结合传统层合板以及z-pin层合板低速冲击实验结果进行对比，进一步确定该方法的有效性，并阐述z-pin在层合板中体现的作用，为z-pin层合板的设计提供一定的方法与思路。