1. 研究目的与意义（文献综述）

近年以来，以碳纤维、玻璃纤维等为代表的纤维增强复合材料在世界上得到了迅速的发展[1][2]。材料人网报道的行业动态和科技新闻中也能见到它们的身影。同时在我国，工信部引导，中国建材集团牵头成立了碳纤维产业联盟。这说明国家逐步地在碳纤维及其复合材料方面重视以及扶持。碳纤维是由有机纤维或者低分子烃气体加热至1500度形成的纤维状碳材料，碳含量90%以上，具有低密度、比强度大、比模量大、耐高温等等一系列的优良特性，其性能好过许多高强度钢材料。复合材料应用于电子，家电，汽车，体育，风力发电，船舶，航空航天，建筑等领域[3]。在我国的国民经济中占重要地位，是国家产业政策重点鼓励发展的行业。在国外更是受到重用，比如现代商务班机波音787，dreamliner和空客a350 a380系列的复合材料使用率已经超过50%。一些现代军事飞行器的部件的复合材料使用率超过70%[4]。

但是，复合材料也有它明显的缺点，复合材料的纤维在受到平面外的低速冲击时容易受损，其抗压强度也大幅减小，产生巨大的安全隐患。国内外有很多关于复合材料受低速冲击下的损伤与失效的研究[5]。早先的设计局限于静荷载响应的设计，这一输入要比真实的冲击时间长很多，而且会使薄板产生全局的变形。这样做没有考虑到短时的动态响应以及厚度方向的应力，将导致很多安全问题的发生。后来，出现了落锤实验以及损伤的扫描[6][7]。到了计算机时代，有限元技术的出现，数值模拟成为新的研究方式,并且得到了广泛的适用性验证[8][9][10]。abaqus就是一种常用的商务有限元分析软件。

基于abaqus的对复合材料板受冲击器的冲击模拟起初使用实体单元建模，但其精度较低。常用的失效准则也没有考虑厚度方向的应力，只适用于板十分薄，厚度方向刚度很小的情况，对于较厚的板偏差较大[11]。

2. 研究的基本内容与方案

使用abaqus进行数值分析，模拟碳纤维复合材料层合板在平头与圆头冲击器低速冲击下的响应。改变速度等级，铺层结构，界面强度，做对比实验，分析以上因素变化下复合材料破坏的特点。

1、基于abaqus软件建立复合材料冲击破坏过程模拟的数值分析模型；

熟悉abaqus explicit的操作，使用壳单元为碳纤维复合材料层合板建模，在冲击区域用较小尺寸的单元，在较远处用较大的尺寸，并为两种冲击器建模。

3. 研究计划与安排

1、第1-3周 查阅相关资料，了解复合材料冲击损伤机制及abaqus模拟方法，完成外文翻译和开题报告；

2、第4-6周 建立复合材料损伤和破坏模型，并建立复合材料冲击损伤有限元模型；

3、第7-9 分析子弹速度和弹头形状等因素对复合材料破坏特征的影响；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]p.f. liu, b.b. liao, l.y. jia, x.q. peng，finite element analysis of dynamic progressive failure of carbon fiber composite laminates under low velocity impact，composite structures 149 (2016) 408–422

[2]peng qu, xiaochen sun, lu ping, dawei zhang, yuxi jia .a new numerical model for the analysis on low‐velocity impact damage evolution of carbon fiber reinforced resin composites.j. appl. polym. sci., 2017, vol.134 (4)