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摘要
通过三点弯动态冲击实验和数值模拟，研究了仿生螺旋结构复合材料的动态断裂韧性，该结构是基于Bouligand结构设计的仿生复合结构。首先使用软硬两种基体通过3D打印技术制备了8组不同角度的试样，使用改进的分离式Hopkinson杆完成了动态三点弯冲击实验，得到了试样的位移-载荷曲线、起裂时间和起裂功，并对试样最终断裂形态进行分析。随后在ABAQUS软件中完成了试样断裂全过程的数值模拟，对裂纹的萌生和扩展过程进行了分析。实验和数值模拟结果都表明螺旋角对试样的断裂韧性有很大的影响，在螺旋角度0°～75°的范围内，随着角度的增加试样的断裂韧性增强，而螺旋角度为90°时试样的断裂韧性急剧下降。实验过程中观察到试样在动态断裂过程中存在裂纹偏转现象。最后考察了裂纹偏转对动态断裂的影响机制，结果显示裂纹偏转改变了复合材料的局部断裂模式，增加了断裂面积，从而提升了材料的断裂韧性。
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单位太原理工大学; 中国辐射防护研究院
