SHPB试验中碳纤维增强复合材料试样的尺寸效应数值模拟分析

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20230428.002

复合材料科学与工程 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (4): 14-20.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230428.002

SHPB试验中碳纤维增强复合材料试样的尺寸效应数值模拟分析

温智超¹, 屈美娇^1,2, 李哲旭¹, 李孟奇¹, 董秋雨¹, 孙戬^1*

1.西安工程大学机电工程学院,西安710048;
2.空军工程大学等离子体动力学重点实验室,西安710038

收稿日期:2022-03-02 出版日期:2023-04-28 发布日期:2023-08-22
通讯作者: 孙戬(1984—),男,博士,讲师,主要从事复合材料力学、纺织机械设计及优化方面的研究,sunjian@xpu.edu.cn。
作者简介:温智超(2000—),男,学士,主要从事纤维增强复合材料激光冲击动态力学响应方面的研究。
基金资助:
装备预研重点实验室基金项目(614220220200206);湖南省自然科学基金科教联合项目(2020JJ7079)

Numerical simulation of size effect of carbon fiber reinforced composites in SHPB test

WEN Zhichao¹, QU Meijiao^1,2, LI Zhexu¹, LI Mengqi¹, DONG Qiuyu¹, SUN Jian^1*

1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048, China;
2. Science and Technology on Plasma Dynamics Laboratory, Air Force Engineering University, Xi’an 710038, China

Received:2022-03-02 Online:2023-04-28 Published:2023-08-22

摘要/Abstract

摘要： 霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)试验是研究中高应变率载荷下材料压缩性能的重要手段之一。本文采用ABAQUS仿真,研究碳纤维增强树脂基复合材料在SHPB试验中的尺寸效应,探究不同撞击速度、撞击方向和试样尺寸对试样应力的影响规律。结果表明:沿纤维方向撞击试样时,试样应力受试样压缩方向长度影响不大,受撞击速度影响较大,且试样尺寸越小,影响越明显;垂直于纤维方向撞击试样时,试样压缩方向长度和撞击速度对试样应力均有较大影响,随试样尺寸的减小和撞击速度的增大,试样应力呈增大趋势。

关键词: 碳纤维增强复合材料, 分离式霍普金森压杆, ABAQUS仿真, 尺寸效应

Abstract: Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) experiment is one of the important means to study the compressive properties of materials under medium and high strain rates. In this paper, ABAQUS simulation was used to study the size effect of carbon fiber reinforced resin matrix composites in Hopkinson pressure bar experiment. The effects of different impact velocities, impact directions and sample sizes on the stress of the samples were investigated. The results show that when the sample is impacted along the fiber direction, the stress of the sample is not affected by the length of the compression direction, but is greatly affected by the impact velocity, and the smaller the sample size is, the more obvious the effect is. When the specimen is impacted perpendicular to the fiber direction, both the compression direction length and the impact velocity have great influence on the stress of the specimen. The stress of the specimen increases with the decrease of the specimen size and the increase of the impact velocity.

Key words: carbon fiber reinforced composite materials, separated hopkinson pressure bar, ABAQUS simulation, size effect

中图分类号:

TB332

温智超, 屈美娇, 李哲旭, 李孟奇, 董秋雨, 孙戬. SHPB试验中碳纤维增强复合材料试样的尺寸效应数值模拟分析[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(4): 14-20.

WEN Zhichao, QU Meijiao, LI Zhexu, LI Mengqi, DONG Qiuyu, SUN Jian. Numerical simulation of size effect of carbon fiber reinforced composites in SHPB test[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2023, 0(4): 14-20.

参考文献

[1] 方盈盈. 高应变率下碳纤维复合材料动态力学性能研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2018.
[2] 蔡宣明, 张伟, 范志强, 等. 高应变率下颗粒增强复合材料动态力学行为[J]. 兵器材料科学与工程, 2018, 41(6): 14-18.
[3] 索涛, 戴磊, 石春森, 等. 碳纤维增韧的陶瓷基复合材料在高温高应变率下的压缩力学行为[J]. 爆炸与冲击, 2012, 32(3): 297-302.
[4] 刘先光. 试样横截面积不匹配效应的SHPB实验研究与数值分析[D]. 柳州: 广西科技大学, 2014.
[5] 肖大武, 胡时胜. SHPB实验试件横截面积不匹配效应的研究[J]. 爆炸与冲击, 2007(1): 87-90.
[6] 孙善飞, 巫绪涛, 李和平, 等. SHPB实验中试样形状和尺寸效应的数值模拟[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版), 2008(9): 1509-1512.
[7] 李志强, 陈维毅, 王志华. 子弹长度对SHPB测试影响的有限元模拟[J]. 科学技术与工程, 2009, 9(5): 1122-1125.
[8] 方新宇, 许金余, 刘石, 等. 岩石SHPB试验中子弹形状对加载波形的数值模拟[J]. 地下空间与工程学报, 2013, 9(5): 1000-1005.
[9] 杨阳, 王建国, 方士正, 等. 霍普金森撞击杆对入射波形影响的数值模拟[J]. 工程爆破, 2020, 26(1): 7-14, 35.
[10] 曹茂盛, 周伟, 雷义龙, 等. 压缩载荷下碳/环氧复合材料的动力学响应行为[J]. 材料工程, 2008(4): 15-18.
[11] 蒋邦海, 张若棋. 动态压缩下一种碳纤维织物增强复合材料的各向异性力学性能实验研究[J]. 复合材料学报, 2005(2): 109-115.
[12] 潘建华, 陈学东. Hopkinson压杆测试材料动态断裂韧性的数值模拟[J]. 高压物理学报, 2013, 27(6): 856-862.
[13] GAVRUS A, CAESTECKER P, RAGNEAU E, et al. Analysis of the dynamic SHPB test using the finite element simulation[J]. Journal de Physique Ⅳ (Proceedings), 2003, 110: 353-358.
[14] 江松, 黄明, 詹金武, 等. 基于SHPB加载过程的泥质粉砂岩LS-DYNA数值模拟研究[J]. 有色金属(矿山部分), 2016, 68(2): 54-58, 63.
[15] 臧小为. 霍普金森压杆过载波形整形及系统分析软件研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2010.

SHPB试验中碳纤维增强复合材料试样的尺寸效应数值模拟分析

Numerical simulation of size effect of carbon fiber reinforced composites in SHPB test

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	杨青, 程超, 刁春霞, 吕玥蒽, 周飞, 丁小马, 陈正国. 环氧树脂改性聚双环戊二烯及其碳纤维复合材料的制备与表征[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(5): 32-36.
[2]	郭卫东, 于峰, 谈嗣勇, 方圆, 秦尹, 王宗森, 郭生全. CFRP条带加固RC梁斜裂缝投影长度的计算方法[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(4): 51-55.
[3]	杨阳, 林英豪, 王元伍, 范以撒. 车用碳纤维增强复合材料连接结构耐久性研究及失效机理分析[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(10): 78-86.
[4]	黄宇轩, 范凌云, 高婧. 先张法CFRP筋预应力海水海砂混凝土板传递长度分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(12): 37-45.
[5]	张宏远, 蒋鹏, 宋佳宇, 李伟, 张志远, 李彩瑞, 闫孝伟. 基于模态声发射的碳纤维增强复合材料损伤机制识别[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(8): 11-17.
[6]	邱雪琼, 陈琳. 碳纤维增强复合材料层压板的热膨胀系数测量及理论计算方法[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(7): 28-32.
[7]	王淑霞, 于航, 商云龙, 郭建军. 石墨烯及其衍生物在碳纤维增强复合材料中的处理技术及应用[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(5): 120-128.
[8]	温宇立, 潘美萍, 夏立鹏, 郑愚. 基于CFRP的柔性装配式圬工拱桥结构承载及装配过程的有限元分析[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(4): 75-82.
[9]	哈维尔, 刘问, 孟鑫淼, 张涵政, 李康宁. 基于断裂理论的竹纤维复合材料拉伸强度的尺寸效应研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(2): 11-18.
[10]	李哲, 李健芳, 沈登雄, 万青. CFRP碳纤维增强复合材料钢丝螺套连接性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(4): 117-120.
[11]	王怡敏, 燕春云, 刘婷, 高志成, 吕凯明. 变角度牵引铺缝缺陷对复合材料力学性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(12): 100-104.
[12]	方春平, 赵金泽, 叶正茂, 郭安儒. 碳纤维增强复合材料螺旋铣孔研究进展[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(11): 123-128.
[13]	卫原平, 杨青, 刘涛然, 康华平. 碳纤维复合材料控制臂的轻量化设计与验证[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019, 0(9): 74-78.
[14]	侯鹏飞, 杨易, 唐建平. 基于CFRP等刚度设计的全模态等刚度验证[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019, 0(7): 48-54.
[15]	方春平, 赵金泽, 李占树, 凌丽. 碳纤维增强复合材料切削过程数值模拟研究进展[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019, 0(3): 101-104.