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热塑性复合材料波纹夹芯板抗低速冲击性能研究

热塑性复合材料；波纹夹芯板；低速冲击；动态响应；结构完整性

波纹夹芯板（CSP）作为一种典型的夹芯结构，具有较好的抗变形性和能量吸收能力。热塑性复合材料（TPC）具有热固性复合材料所不具备的可修复性和重复加工的性能优势，已受到越来越多的关注。在实际应用中，这些复合材料结构作为飞机或船舶的外部构件，不可避免地会受到冲击载荷的影响。目前，学者对夹芯结构和复合材料层合板的抗冲击性能开展了大量的研究，而针对冲击作用下纤维增强热塑性复合材料夹芯结构的动态力学性能研究尚处于基础阶段，有必要展开更加深入的探究工作。因此，本文工作主要研究了纤维增强热塑性复合材料波纹夹芯板（TPC-CSPs）在低速冲击载荷作用下的动态力学行为。采用玻璃纤维/聚丙烯（GF/PP）复合材料制备了同向排布（REG CSP）、对称排布（SYM CSP）和正交排布（PER CSP）三种不同构型的双层波纹夹芯板。通过一系列落锤试验和有限元模拟，研究了TPC-CSPs的低速冲击响应过程，并从失效模式、冲击承载力和能量吸收性能等方面进行了对比分析。结果表明，局部损伤主要发生在TPC-CSPs的前面板和上部芯层，下部波纹芯层发生整体坍塌。在三种构型中，PER CSP的冲击峰值力最大，并且拥有最多的弹性变形能，表现出最佳的抗冲击性能。SYM CSP受到的冲击损伤最为严重，但可以吸收大约75%的冲击能量，具有较好的吸能能力。此外，定义了K₀指数来衡量夹芯板的变形恢复能力。与其它竞争的夹芯结构相比，TPC-CSPs具有较大的K₀值，表明其具有较高的弹性变形能。良好的回弹能力使其在受到较大损伤和变形的情况下仍能够保持结构的完整性和稳定性。