铺层方向对碳纤维泡沫夹芯结构抗冲击性能的影响

丁一宁，佟 刚，杨 丽，杨 康，王 锋，张子傲

(1.沈阳航空航天大学 航空宇航学院，沈阳 110136；2.中国民用航空沈阳航空器适航审定中心 制造检查室，沈阳 110043;3.辽宁通用航空研究院 设计部，沈阳 110136)

碳纤维复合材料有巨大的潜在价值，是航空航天材料轻量化发展的重要方向。飞行器的主要承力件均涉及低速冲击问题，所以抗冲击能力是航空材料设计的一个关键问题。碳纤维复合材料抗冲击性能差，等体积下相较于其他材料刚度低[1-2]；传统金属材料密度大，具有更大的质量，需要更强大的推进能力。同时金属材料制备工艺冗长且成本更大，具有较弱的抗腐蚀性，很难满足严苛飞行条件下的设计要求。相较于碳纤维复合材料，碳纤维泡沫夹芯结构在抗冲击应用中显示出更优的比刚度和比强度，且能有效地减轻质量，成为飞行器轻量化设计的良好选择。

传统的碳纤维泡沫夹芯结构相比传统金属材料更敏感，在受到低速冲击后，夹芯结构存在层间强度低、易分层、基体开裂和面芯界面脱粘等问题，其在受到冲击后压缩强度降低，严重影响了复合材料的整体性和夹芯结构的稳定性[3]。因此，如何提高碳纤维泡沫夹芯结构的抗低速冲击能力已成为复合材料界关注的热点。国内外学者通过试验、仿真对泡沫夹芯复合材料的抗低速冲击性能进行了大量的研究。曹海建等[4]、Davies等[5]及孙子恒等[6]通过低速冲击的方法对不同复合材料抗冲击性能进行研究。Tomasz等[7]比较不同冲击能量对缺陷层合板造成的损伤，分析了铺层顺序对损伤形式的影响。……