復合材料沖擊后壓縮的案例
復合材料沖擊后壓縮CAI 綜述文獻（不斷更新）
復合材料沖擊后壓縮CAI 的文獻，我認為總結比較好的文章，分享給大家
[1] Khathyri Fatima, ElkiheL Bachir, Delaunois Fabienn. Review of damages prediction in a composite material at low velocity impact Global Journal of Engineering and Technology Advances, 01 (01) (2019) 027–42.
REF1.pdf
[2] Raffael Bogenfeld, Janko Kreikemeier, Tobias Wille. Review and benchmark study on the analysis of low-velocity impact on composite laminates. Engineering Failure Analysis, 86 (2018) 72-99.
Ref2.pdf
[3] Youhong Tang, Lin Ye, Zhong Zhang, Klaus Friedrich. Interlaminar fracture toughness and CAI strength of fibre-reinforced composites with nanoparticles – A review. Composites Science and Technology, 86 (2013) 26-37.
ref3.pdf
展開 復合材料沖擊后壓縮強度（CAI）測試關鍵要點，確保天舟貨運飛船飛行安全性
與傳統結構材料相比，聚合物基復合材料（PMC）具有更高的性能和柔韌性。然而，這些優勢是采用多種原材料并通過增加材料復雜性為代價的，因而對于這些材料的測試也帶來了一定的挑戰。
材料特性的基本表征包括在不同的載荷條件下進行一系列試驗——拉伸、壓縮、剪切和彎曲。復合材料具有各向異性（即力學性能取決于方向）和不均勻性（即材料成分不均勻，如增強纖維與樹脂基體）。對于關鍵的復合材料應用，通常需要進行其他更復雜的試驗來確定材料在使用條件下以及在典型環境中的耐久性。比如，評估航空航天工業復合材料沖擊后壓縮（CAI）試驗、風能行業疲勞載荷以及汽車碰撞防護的高速拉伸試驗都很重要。
CAI的含義
CAI（沖擊后壓縮強度）實際上有兩種含義：
1） 評定含損傷時的材料性能指標；
2） 復合材料層壓板受沖擊產生損傷后的壓縮強度。前者一定是對特定的層壓板，在特定條件下得到的含沖擊損傷層壓板的壓縮強度；而后者可以是任意的層壓板（包括結構）在壓縮載荷下的壓縮剩余強度；
由于CAI值不僅用于評定材料性能的指標，同時也是用于結構設計確定設計值的基礎，因此纖維增強復合材料的CAI值測試越來越重要，隨著人們對CAI值不斷的理解和深入，由初始僅作為評定樹脂增韌的標準，到目前已用于從材料研制擴展到為結構設計等提供有關損傷容限能力的知識數據需求。
CAI測試標準及注意事項
常用的測試標準為ASTM D7137/D7137M、ASTM D7136/D7136M、ISO 18352，試驗機的同軸度、夾具的選擇以及壓盤的平行度都會對測試結果產生較大影響。
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聚合物基復合材料沖擊后壓縮強度（CAI）測試標準解讀及主要挑戰分析
在航空航天、新能源汽車、風電等高端制造領域，纖維增強聚合物基復合材料憑借高比強度、高比模量、輕量化等優異特性，成為推動產業升級的核心材料。但這類材料存在一個關鍵短板——對沖擊損傷異常敏感：微小的面外沖擊（如冰雹撞擊、工具墜落、碎石撞擊），就可能在材料內部造成分層、基體裂紋等難以目視察覺的損傷，進而大幅降低其承載能力，嚴重威脅結構安全。
在此背景下，“沖擊后壓縮”（Compression After Impact, CAI）性能測試，成為復合材料研發、質量控制、選型決策中不可或缺的核心環節，更是連接實驗室標準與市場實際應用的關鍵橋梁。
Background
什么是CAI測試？
很多人將CAI測試誤解為單一的沖擊實驗，實則不然——它是一套完整的系統性能評估流程，核心目的是模擬復合材料在實際服役中“遭遇低能量沖擊后繼續承載”的嚴峻工況，精準考核材料受損后的剩余壓縮強度。
其測試邏輯可概括為兩步：
第一步，通過標準化的落錘沖擊或準靜態壓痕方法，在復合材料層合板試樣上引入可控、可重復的損傷，模擬實際使用中可能遇到的沖擊場景；
第二步，將已產生損傷的試樣固定在專用支撐夾具中，進行壓縮試驗直至失效，最終測定其壓縮殘余強度，以此判斷材料在受損后的結構可靠性。簡單來說，CAI測試就是給復合材料做“抗沖擊后的耐力測試”，直接決定材料能否在復雜工況下安全服役。
Standard
檢測標準解讀
當前，業界普遍遵循ASTM D7136（落錘沖擊）與D7137（壓縮殘余強度）標準體系。這些標準詳細規定了從試樣制備、沖擊引入到最終壓縮測試的全過程。
1. 核心試樣
標準推薦針對厚度為4.0至6.0毫米,建議厚度為5mm的層合板進行測試，鋪層方式對結果有決定性影響。
展開 復合材料結構設計知識共享系列之二復合材料沖擊損傷的來龍去脈
例如成功確認了國內研制的T300/改性雙馬可用于某軍機帶整體油箱復合材料機翼；發現了國內研制的另一款T300/改性雙馬材料體系的沖擊能量~壓縮破壞應變曲線門檻值偏低的原因是未進行適當的后處理，同時證實了將其固化溫度降低到200?C仍可滿足設計要求，解決了該材料體系在工程應用中遇到的難題。
圖2 國外設計手冊給出的設計值
2.2 沖擊后壓縮強度的研究和應用
從1980年代開始，工程應用部門逐漸發現，對復合材料蒙皮結構威脅最大的是制造和使用期間遇到的工具掉落等低能量外來物沖擊，因為這種沖擊往往從外表面無法發現，但內部可能已出現大量的內部缺陷，包括分層和基體裂紋，其壓縮剩余強度有可能只有完好材料的40%或更低，此后國外對沖擊損傷的研究轉為采用落錘方法引入損傷，然后測試其含沖擊損傷試樣的壓縮強度。隨著對復合材料結構設計的經驗積累，國外已認識到結構壓縮設計值的確定應基于開孔壓縮強度和沖擊后壓縮強度（見圖3），特別是后者。
圖3 用于確定結構設計值的條件
前面提到1970年代初國際石油危機爆發，碳纖維在民用飛機的機體結構上的應用提到議事日程，美國NASA和FAA贊助了ACEE（飛機能效）計劃，當時的目標是把復合材料最終用于機翼機身等主承力結構。由于對沖擊損傷的考慮復合材料結構壓縮設計值只能取為3000~4000με，美國和歐洲在關于論證復合材料機翼方案時均指出，為使減重得到的效益超過使用復合材料帶來成本的增加，其必要條件是把壓縮設計值提高到6000με。復合材料界的共同認識復合材料沖擊后壓縮性能低的原因是樹脂的脆性，實現這一目標的關鍵是樹脂增韌，自此以后，樹脂增韌成了航空復合材料的研究重點。
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圖2 國外設計手冊給出的設計值
2.2 沖擊后壓縮強度的研究和應用
從1980年代開始，工程應用部門逐漸發現，對復合材料蒙皮結構威脅最大的是制造和使用期間遇到的工具掉落等低能量外來物沖擊，因為這種沖擊往往從外表面無法發現，但內部可能已出現大量的內部缺陷，包括分層和基體裂紋，其壓縮剩余強度有可能只有完好材料的40%或更低，此后國外對沖擊損傷的研究轉為采用落錘方法引入損傷，然后測試其含沖擊損傷試樣的壓縮強度。隨著對復合材料結構設計的經驗積累，國外已認識到結構壓縮設計值的確定應基于開孔壓縮強度和沖擊后壓縮強度（見圖3），特別是后者。
圖3 用于確定結構設計值的條件
前面提到1970年代初國際石油危機爆發，碳纖維在民用飛機的機體結構上的應用提到議事日程，美國NASA和FAA贊助了ACEE（飛機能效）計劃，當時的目標是把復合材料最終用于機翼機身等主承力結構。由于對沖擊損傷的考慮復合材料結構壓縮設計值只能取為3000~4000με，美國和歐洲在關于論證復合材料機翼方案時均指出，為使減重得到的效益超過使用復合材料帶來成本的增加，其必要條件是把壓縮設計值提高到6000με。復合材料界的共同認識復合材料沖擊后壓縮性能低的原因是樹脂的脆性，實現這一目標的關鍵是樹脂增韌，自此以后，樹脂增韌成了航空復合材料的研究重點。
展開 基于Vumat子程序的復合材料壓縮沖擊破壞預測
復合材料由于具有較高的比強度、比模量和可設計性，在航空航天等領域一直都備受關注。隨著大量專家學者投入研究，其剛度、強度的預測已有了較為完善的理論。利用這些理論，通過在子程序中構建本構方程，可實現在ABAQUS等有限元軟件中得到與實驗結果較為接近的仿真結果。同樣的，耐壓縮沖擊性能也是實際工程應用中經常需要考慮的一個性能，但由于復合材料壓縮的破壞形式較為復雜，且對于壁板結構，壓縮過程中又涉及到了穩定性問題，所以對其進行有效的預測具有較大的難度。
本期，我們就講講如何在ABAQUS中基于Vumat子程序來實現對復合材料在壓縮沖擊載荷作用下，有效地預測其破壞模式。
1. 方法概述—“兩步走”
對于本文案例類似的結構，其在壓縮沖擊載荷作用下的破壞模式預測大致可分為兩大步，即穩定性分析和破壞模式預測。
1. 首先，我們需要建立一個屈曲分析步，引入擾動，在Model-edit keyword中添加相關關鍵字，并輸出節點位移文件。
2. 然后，復制模型，修改分析步類型及邊界條件，并在Vumat子程序中構建材料本構，引入失效準則，利用ABAQUS顯式運算的方法，不停迭代產生損傷后的剛度矩陣，直至結構發生破壞。同樣的，在此步驟中也需要對關鍵字進行編輯。
由于壓縮沖擊的破壞模式多種多樣，若需模擬某些特定的損傷模式，可在子程序中進行單元刪除的定義。
2. 案例
本文以碳纖維增強復合材料薄壁方管為例，利用Vumat子程序預測其在沿軸長方向的壓縮沖擊載荷作用下的破壞模式。
2.1 問題描述
試驗件由[0°/90°]的碳纖維布采用RTM工藝固化成型。
展開 Ls-dyna 彈道沖擊復合材料相關論文(面法向壓縮處理) 收集
[1] Experimental and numerical investigation of the impact response of elastomer layered fiber metal laminates (EFMLs)
Experimental and numerical investigation of the impact response of elastomer layered fiber metal laminates (EFMLs).pdf
[2]Numerical simulation of impact tests on GFRP composite laminates
Numerical simulation of impact tests on GFRP composite laminates.pdf
[3]Progressive damage modeling of plain weave E-glass/phenolic composites
Progressive damage modeling of plain weave E-glass_phenolic composites.pdf
[4]An experimental and numerical investigation on ballistic performance of advanced composites
Anexperimentalandnumericalinvestigationonballisticperformanceofadvancedcomposites.pdf
展開 服務能力 | 聚烯烴微觀結構精準表征系統解決方案
素材來源于網絡
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ABAQUS導入初始場變量（預定義場）多次低速沖擊以及沖擊后壓縮 ￥38
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通常利用ABAQUS計算時，需要多步驟分析，例如計算多次低速沖擊以及沖擊后壓縮等，下面詳細描述利用數據傳遞方法進行多步驟分析。（建議購買視頻，視頻內包含此帖子）
導入效果圖如下：
導入的損傷云圖
導入的應力場
導入的位移場
分層損傷的導入
1. 計算完成后，新建一個ABAQUS 窗口，切記與上一步計算的ODB文件在同一個文件夾下，導入Part部件
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【技術干貨】一文詳解影響碳纖維及其復合材料壓縮性能的結構因素（二）碳纖維的微觀結構及壓縮破壞
摘 要
碳纖維及其復合材料因其優異的拉伸性能和輕質特性而備受關注，但是，自從它們問世以來，碳纖維及其復合材料在壓縮載荷下的較差性能一直是制約其廣泛應用的主要障礙。
在本系列專題文章中，將會從微觀結構和宏觀角度系統地討論造成這一缺陷的原因，并就如何提高碳纖維及其復合材料的壓縮性能提出了建議。在上期文章中首先介紹了碳纖維壓縮強度的常見測試方法，而本文中主要介紹碳纖維微觀結構及壓縮失效破壞。
附錄：碳纖維及其復合材料壓縮性能專題
《專題一：碳纖維壓縮強度的測試方法》
碳纖維的微觀結構
為了開發提高碳纖維壓縮性能的方法，了解碳纖維的加工過程及其最終微觀結構是很重要的。生產碳纖維最常用的前驅體為聚丙烯腈（PAN）纖維，下圖1顯示了PAN纖維向碳纖維轉變過程的微觀結構規律。
碳纖維是通過對PAN纖維進行高度可控的連續熱處理來制備的，典型的熱處理過程包括：預氧化（又叫熱穩定化），低溫碳化和高溫碳化。PAN纖維的熱穩定是在空氣氣氛中進行的，通常PAN纖維在不同溫度下經受200至300°C的熱處理，并根據特定前驅體纖維的加工要求在規定的時間內施加張力。
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<p>B站復合材料方管壓縮文件以及計算子程序VUMAT</p>
