【摘 要】
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纤维金属层板是一种新型的力学性能优异的超混杂复合材料，本课题研究的Ti/APC-2超混杂复合层板是采用APC-2（PEEK/Cf）预浸料与钛合金模压成型的，具有比强度比模量高、疲劳性能好、
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纤维金属层板是一种新型的力学性能优异的超混杂复合材料，本课题研究的Ti/APC-2超混杂复合层板是采用APC-2（PEEK/Cf）预浸料与钛合金模压成型的，具有比强度比模量高、疲劳性能好、损伤容限好、耐环境性好、抗雷击性能好、阻尼性能好、成形加工性好等特点。本文主要结合有限元方法及相关实验完成对Ti/APC-2复合层板的基本力学性能进行研究，研究内容主要包含：基于复合材料经典层合理论，分别采用解析法、有限元法计算了2/1结构的碳纤维钛合金超混杂复合层板（Ti/APC-2）0°方向残余应力，并利用应力释放法测定层板残余应力，计算结果与实验结果一致。结合解析法和有限元法讨论了加载预应力、不同界面形貌对层板残余应力分布的影响，为后期设计研制出具有最佳性能的层板提供了有价值的理论参考。其次，采用双悬臂梁实验（DCB）与有限元方法相结合的方法评估了Ti-PEEK界面断裂韧性。通过双悬臂梁实验得到层板裂纹扩展的能量释放率及临界载荷Pc，结合有限元分析得到裂纹尖端的应力应变场，并使用复合应力强度因子K的定义求出Ti/PEEK的界面裂纹K，并论证K的有效性。对比钛合金表面未处理及表面喷砂处理的两种情况下的能量释放率及界面裂纹应力强度因子。初步探索了钛合金表面处理对钛合金/聚醚醚酮的影响。最后，本文采用数值计算的方法，在有限元分析软件LS-DYNA支持下，从宏观上建立纤维复合材料模型，模拟Ti/APC-2复合层板受低速冲击作用下的损伤失效过程，得到复合层板冲击临界能量。并分析落锤冲击过程中动力响应及复合层板变形及应力情况，并将数值模拟计算结果同实际中实验结果作对比。证明模拟的正确性。主要研究内容：（1）系统的分析层板中的钛合金层及复合材料层本构关系及失效准则。（2）对钛合金TA2，APC-2复合材料分别落锤冲击模拟，系统的分析冲击失效过程。（3）对Ti/APC-2复合层板冲击模拟，考虑Ti-PEEK之间的结合强度，分析复合层板的冲击损伤情况，评估复合层板的抗冲击性能。（4）与实验结果作对比，证明模拟结果的正确性和分析的合理性。
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