平纹编织C/SiC复合材料低速冲击数值模拟

杨扬 徐绯 张岳青 汤忠斌

杨扬, 徐绯, 张岳青, 汤忠斌. 平纹编织C/SiC复合材料低速冲击数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(1): 22-28. doi: 10.11883/1001-1455(2015)01-0022-07
引用本文: 杨扬, 徐绯, 张岳青, 汤忠斌. 平纹编织C/SiC复合材料低速冲击数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(1): 22-28. doi: 10.11883/1001-1455(2015)01-0022-07
Yang Yang, Xu Fei, Zhang Yue-qing, Tang Zhong-bin. Numerical simulation on low-speed impact response of 2D plain-woven C/SiC composite[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(1): 22-28. doi: 10.11883/1001-1455(2015)01-0022-07
Citation: Yang Yang, Xu Fei, Zhang Yue-qing, Tang Zhong-bin. Numerical simulation on low-speed impact response of 2D plain-woven C/SiC composite[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(1): 22-28. doi: 10.11883/1001-1455(2015)01-0022-07

平纹编织C/SiC复合材料低速冲击数值模拟

doi: 10.11883/1001-1455(2015)01-0022-07
基金项目: 国家自然科学基金重点项目(90916027);北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金项目(KFJJ12-14M)
详细信息
    作者简介:

    杨扬(1986—), 男, 博士研究生, nwpu_yang@mail.nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: O347.3

Numerical simulation on low-speed impact response of 2D plain-woven C/SiC composite

  • 摘要: 首先,基于空气炮装置进行了2D-C/SiC薄板在冲击速度为79~219 m/s范围内的低速冲击实验,对碎片云团发展过程进行高速摄影记录;其次,基于Autodyn软件正交各向异性复合材料模型,推导2D-C/SiC材料相关参数;选取SPH求解器建立二维计算模型,对实验工况进行数值模拟,并基于碎片云结构、B扫描检测结果和碎片云轴向发展速度验证了该模型可以很好地描述C/SiC材料在冲击载荷作用下的脆性特征和软化行为。最后,基于数值模拟结果推导得出了钢弹丸冲击C/SiC材料的极限侵彻深度预测公式。
  • 图  1  碎片云团发展过程

    Figure  1.  Expansion of the debris cloud

    图  2  Autodyn计算模型

    Figure  2.  Computational model in Autodyn

    图  3  试样8计算结果

    Figure  3.  Simulation results of sample 8

    图  4  B扫描结果与模拟结果对比图

    Figure  4.  Comparison between B-scan and simulation results

    图  5  不同冲击速度下特征点轴向速度历程

    Figure  5.  Axial velocity histories under different impact velocities

    图  6  特征点轴向速度对比结果

    Figure  6.  Comparison of the axial velocities of simulation and experiment

    图  7  剩余速度随冲击速度与靶板厚度的变化规律

    Figure  7.  Variation of the residual velocity with impact velocity and plate thickness

    图  8  不同厚度靶板剩余速度变化图

    Figure  8.  Variation of residual velocity with impact velocity for different plate thicknesses

    表  1  低速冲击实验计划

    Table  1.   Low-speed impact experimental scheme

    实验编号 D/mm vp/(m·s-1) E/J 实验结果
    1 5 79.0 1.61 未穿透
    2 5 92.7 2.22 未穿透
    3 5 98.5 2.51 未穿透
    4 5 130.0 4.37 穿透
    5 6 144.0 9.26 穿透
    6 6 147.0 9.65 穿透
    7 6 211.0 19.89 穿透
    8 6 218.0 21.23 穿透
    9 6 219.0 21.43 穿透
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    表  2  正交弹性模型材料参数

    Table  2.   Parameters of orthotropic elastic model

    刚度系数 体积模量
    C11/GPa C22/GPa C33/GPa C12/GPa C23/GPa C31/GPa G12/GPa G23/GPa G31/GPa A/GPa
    19 120.5 120.5 7.8 20 7.8 8.8 23 8.8 36.8
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    表  3  正交失效模型材料参数

    Table  3.   Parameters of orthotropic failure model

    失效初始化
    σfail-11/MPa σfail-22/MPa σfail-33/MPa σfail-12/MPa σfail-23/MPa σfail-31/MPa
    50 455 455 40 165 40
    后失效响应
    刚度退化因子 失效模式
    0.2 11失效
    11方向拉伸
    应力置0
    22失效
    22方向拉伸
    应力置0
    33失效
    33方向拉伸
    应力置0
    12失效
    11方向拉伸
    应力置0
    23失效
    11方向拉伸
    应力置0
    31失效
    11方向拉伸
    应力置0
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-01-16
  • 修回日期:  2014-05-19
  • 刊出日期:  2015-01-25

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