预置分层碳纤维增强聚合物(CFRP)层合板低速冲击后压缩性能及螺栓修复机制研究

来自国内的研究人员针对碳纤维增强聚合物(CFRP)层合板在预置分层缺陷下的低速冲击(LVI)后压缩(CAI)性能开展研究。通过实验测试和有限元模拟，发现螺栓修复可使压缩强度提升5.8%-12.2%，并证实分层深度和铺层顺序对残余强度具有关键影响。该研究为复合材料损伤修复提供了重要理论依据。

　　

这项研究深入探索了预置分层缺陷的碳纤维增强聚合物(Carbon Fiber-Reinforced Polymer, CFRP)层合板在遭受低速冲击(Low-Velocity Impact, LVI)后的压缩性能(Compression-After-Impact, CAI)。科研团队通过精心设计的对比实验，系统评估了完整试样、含分层缺陷试样以及螺栓修复试样的力学表现。

令人振奋的是，螺栓修复展现出卓越的强化效果，相较于未受损试样，压缩强度提升幅度达到5.8%至12.2%。这种修复方式有效恢复了材料的承载能力。实验数据还揭示了一个关键规律：分层深度与CAI强度密切相关，其中近表面分层导致的性能衰减最为显著。

更有趣的是，研究发现铺层顺序设计——特别是0°单向层与编织层的分布方式——对残余强度的影响甚至超过了整体对称性。为深入理解这些现象，研究团队创新性地建立了有限元模型，巧妙结合了Puck失效理论（用于层内损伤分析）和粘聚区模型(Cohesive Zone Model, CZM)（用于层间分层模拟）。

这个模型的预测结果与实验数据高度吻合，验证了其可靠性。基于此，研究人员进一步探索了对称层合板中分层尺寸的影响，以及铺层顺序不对称性(A^-和B^-)的效应。模型成功捕捉到随着分层尺寸增大，屈曲模式从整体向局部转变的过程，并准确再现了反向不对称构型因不利表面铺层导致的强度下降现象。

这些发现不仅为评估复合材料冲击损伤提供了有力工具，更为航空航天等领域的高性能复合材料设计优化开辟了新思路。