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摘要
为了增加碳纤维复合材料的韧性并提升其高速冲击性能，提出一种组分材料分别为30μm厚薄层碳纤维预浸料和50μm厚不锈钢极薄带的新型纤维金属层板——薄层碳纤维/不锈钢极薄带纤维金属层板(CUSFML,Carbon Fiber/Ultrathin Stainless-steel strips Fiber Metal Laminates)。在金属体积含量(MVF, Metal Volume Fraction)为0.25～0.625的范围内，制备了三类薄层CUSFML。利用空气炮在45 m/s～120 m/s速度范围内对纯碳纤维层板和三类薄层CUSFML开展了高速冲击实验研究，并结合修正后的三维Hashin失效准则在ABAQUS/Explicit中对薄层CUSFML的高速冲击响应进行了数值仿真。系统分析了高速冲击下MVF数值变化对薄层CUSFML的动态响应特征和能量吸收的影响规律。研究结果表明：薄层CUSFML在高速冲击下较传统碳纤维复合材料的高速冲击性能有着显著的提升。经实验数据分析及数值计算，所制备的薄层CUSFML的比吸能最高可达8.51 J·m2/kg，较纯碳纤维层板提升19.2%；冲击承载最高可达6713 N，约为纯碳纤维层板的2.5倍。提升薄层CUSFML中的不锈钢极薄带的体积含量在一定范围内可增强金属层塑性变形和断裂在能量吸收中的主导作用，提升层板的高速冲击性能。但随着MVF数值的持续增加，薄层CUSFML的比吸能会出现小幅下降。对比各类层板的动态响应特征后发现薄层CUSFML在MVF=0.455的附近抗冲击性能及吸能性能最为优异。
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