航空复合材料壁板低速冲击损伤阻抗分析与测试实践*

于哲峰，朱 峤

（上海交通大学，上海 200240）

纤维增强复合材料在比模量和比刚度方面有着较大的优势，其中碳纤维层压板在航空结构上有着大量的应用[1]。由于纤维轴向有较高的强度和刚度，因此层压板有很好的面内承载性能。由于各层之间纤维方向不同，而相邻层在界面处的应变相同，因此在产生弯曲时会产生较大的层间应力[2-3]。飞机结构在运营过程中不可避免地受到外物的冲击，如掉落的工具、跑道的碎石、冰雹、搬运中的磕碰等，这种冲击对层压板产生的是面外集中载荷，容易在接触点产生基体裂纹，逐步扩展到层间，面外载荷也同时产生弯曲，所以层间应力的存在使裂纹继续扩展，从而形成分层损伤[4-5]。

板的弯曲刚度与其厚度的立方成正比，分层损伤使层压板局部的弯曲刚度严重降低，而板的受压失稳临界载荷与弯曲刚度成正比，所以分层会导致其受压失稳临界载荷降低，从而使得外加载荷小于预期设计临界载荷时，结构就会发生破坏[6]。因此冲击后剩余压缩强度成为了层压板的关键性能参数，通常采用标准试片的冲击后压缩试验（Compression after impact，CAI）来测量这个参数，从而为整体部件的分析和设计提供参考。

随着对复合材料轻量化要求的提高以及工艺的进步，大型整体结构越来越多，如翼梁、纵墙、长桁会与蒙皮共固化。根据复合材料结构的“积木式”验证理念，需要进行结构部件冲击后的损伤评估，所以要开展复合材料整体结构的冲击损伤及测试，于是产生了新的测试问题。……