多损伤模式下碳/玻璃混杂纤维层合板高速冲击模拟与铺层优化（点击或扫码阅读）

• 秦佳，裴晓阳，张豪

中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川，绵阳  621000

基金项目：国家自然科学基金资助项目（12141203）；中国工程物理研究院院长基金资助项目（YZJJZQ2023001）；冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室基金资助项目（2023JCJQLB05408）

摘  要：碳/玻璃纤维混杂复合材料（C/GFRP）层合板因其轻量化特性而广泛应用于无人机等飞行器的结构中. 然而在战场环境下，无人机易受高速碎片冲击威胁，其抗冲击性能直接关系到武器系统的安全性. 并且，由于复合材料层合板受到冲击时，同时存在着基体、纤维的拉伸、压缩及层间断裂等多种损伤模式的竞争耦合，其混杂界面比、铺层角度组合等关键参数与抗冲击性能的关联有待进一步认识. 针对碳/玻璃纤维混杂复合材料，建立了可表征基体、纤维多种损伤模式的模型. 重点分析了各个铺层构型下的损伤细节（分层损伤、损伤区域等）、损伤模式（纤维拉伸/压缩失效、基体拉伸/压缩失效）及其他关键参数. 并通过模拟探明了铺层构型与材料抗冲击性能的关联. 研究结果表明，在相同纤维含量与角度组合下，提高混杂界面比例有助于减少分层损伤，并降低剩余速度. 在相同混杂比例下，增大相邻铺层角度梯度可以减小损伤面积并增大能量耗散. 在此基础上提出的新型铺层构型有助于增大临界损伤位移并分散损伤区域. 本研究为无人机复合材料高速冲击下的铺层优化提供了基于多损伤模式精细化调控的理论依据，对无人机防护体系构建具有重要工程指导价值。

关键词： 铺层构型  /  高速冲击  /  数值模拟  /  损伤分析   

引用本文：秦佳, 裴晓阳, 张豪. 多损伤模式下碳/玻璃混杂纤维层合板高速冲击模拟与铺层优化[J]. 北京理工大学学报自然版, 2025, 45(11): 1149-1163.