平紋編織復合材料螺紋聯(lián)接及壓縮力學性能分析.pdf

1、編織復合材料被廣泛的應用于航空航天等高科技領域，與單向增強的復合材料層合板相比，一方面，由于編織復合材料的細觀結構具有可設計性，編織復合材料層合板在改進層間和面內強度以及損傷容限方面具有巨大的潛力；另一方面，由于它更易于成型，減輕了因鋪層所帶來的繁瑣勞動，制造費用較低，因此具有很好的應用前景。 為了聯(lián)接和固定各種結構，經常需要在二維編織復合材料結構上采用大量的螺紋聯(lián)接。本文利用有限元軟件ANSYS分析了中厚板復合材料螺釘聯(lián)接部位

2、的應力場，給出了螺紋牙的載荷分布，研究了螺釘直徑、復合材料的纖維體分比、以及螺釘與復合材料之間的摩擦系數(shù)對螺紋牙根部圓角處的最大層間拉應力的影響。 由于編織復合材料本構關系各向異性以及纖維束呈波紋狀的細觀結構，破壞模式是非常復雜的。本文利用ANSYS對二維平紋編織復合材料壓縮力學性能進行三維有限元計算。假設材料是由許多可重復的單胞組成，根據(jù)實測的二維編織復合材料細觀結構參數(shù)及其周期性建立了復合材料的單胞。纖維束的力學性能即單向復

3、合材料的宏觀力學性能，采用已有的經驗公式計算單向復合材料的彈性常數(shù)。對復合材料在沿垂直于編織平面方向和纖維束方向壓縮后的微觀應力場進行了詳細的分析。對于沿垂直于編織平面方向的壓縮(即橫向壓縮)，發(fā)現(xiàn)在經緯向纖維束相互交替處基體材料的橫向壓應力較大，是其薄弱部位。分析表明，與0°/90°層合板相比，編織復合材料受到橫向壓縮載荷時，自由邊界處層間剪應力較大，容易發(fā)生層間裂紋，與實驗觀察相吻合。通過改變纖維束截面尺寸和纖維束之間間隙大小研究了