复合材料帽形长桁结构冲击后压缩剩余强度研究

周开渊; 张茹; 李新祥

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.008

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复合材料帽形长桁结构冲击后压缩剩余强度研究

·实验研究·测试技术· | 更新时间：2026-04-15

- 复合材料帽形长桁结构冲击后压缩剩余强度研究
- Study on compressive residual strength of hat-stiffened composite panel structure after impact
- 机械强度 2026年48卷第4期页码：66-74
- 作者机构：
  
  中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室，西安 710065
- 作者简介：
  
  ZHOU Kaiyuan, E-mail: zhouky008@avic.com
- 基金信息：
  
  民机科研项目(MJ-2015-F-038)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.008
  中图分类号： TB332
- 收稿：2024-06-16，
  
  修回：2024-08-24，
  
  纸质出版：2026-04-15
- 稿件说明：
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周开渊，张茹，李新祥. 复合材料帽形长桁结构冲击后压缩剩余强度研究［J］. 机械强度，2026，48（4）：66-74.

ZHOU Kaiyuan，ZHANG Ru，LI Xinxiang. Study on compressive residual strength of hat-stiffened composite panel structure after impact［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：66-74.
周开渊，张茹，李新祥. 复合材料帽形长桁结构冲击后压缩剩余强度研究［J］. 机械强度，2026，48（4）：66-74. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.008.

ZHOU Kaiyuan，ZHANG Ru，LI Xinxiang. Study on compressive residual strength of hat-stiffened composite panel structure after impact［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：66-74. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.008.

摘要

目的

针对复合材料帽形长桁结构在帽缘冲击后压缩剩余强度研究匮乏的现状，旨在探明帽缘冲击对该类结构承载能力的劣化机制与影响规律，为结构抗冲击损伤容限设计提供参考。

方法

首先，开展复合材料帽形长桁结构的低速冲击与冲击后压缩试验；其次，建立考虑纤维、基体及层间损伤的渐进失效分析模型，通过编写Vumat子程序在Abaqus软件中实现低速冲击与冲击后压缩的一体化仿真，准确引入冲击损伤并进行剩余强度预测；然后，通过对比试验与仿真结果验证模型有效性；最后，分析帽缘冲击对压缩剩余强度及失效模式的影响。

结果

结果表明，所建模型能有效预测帽缘冲击损伤形态及尺寸，分层损伤面积预测误差小于5.6%；含帽缘冲击损伤试件的压缩破坏载荷较无损伤试件下降超过46.9%，其失效模式主要表现为长桁横向断裂及冲击侧长桁-蒙皮界面脱黏，仿真与试验破坏模式吻合良好。

Abstract

Objective

In view of the limited research on the compressive residual strength of hat-stiffened composite panels structure after edge-on impact

this study aims to investigate the degradation mechanism and influence of edge-on impact on the load-bearing capacity of such structures

so as to provide reference for impact damage tolerance design.

Methods

Firstly

low-velocity impact and compression-after-impact tests were conducted on hat-stiffened composite panels. Secondly

a progressive failure analysis model considering fiber

matrix

and interlaminar damage was established. An integrated simulation of low-velocity impact and compression after impact was implemented in Abaqus software by writing a Vumat subroutine

which accurately introduced the impact damage and predicted the residual strength. Then

the validity of the model was verified by comparing experimental and simulation results. Finally

the influence of edge-on impact on the compressive residual strength and failure modes was analyzed.

Results

The results show that the proposed model can effectively predict the morphology and size of edge-on impact damage

with a prediction error for the delamination area less than 5.6%. Compared with the undamaged specimens

the compressive failure load of specimens with edge-on impact damage decreased by more than 46.9%. The primary failure modes are identified as transverse fracture of the hat-stiffener and debonding of the stiffener-skin interface on the impact side

which are consistent with the experimental observations.

关键词

Keywords

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