基于VAT技術(shù)的復(fù)合材料開孔層合板膠接補強研究.pdf

1、纖維變角度牽引鋪縫技術(shù)（Variable Angle Tow Placement，VAT）通過控制纖維的取向?qū)崿F(xiàn)單層內(nèi)的纖維鋪放角度連續(xù)變化，制備變剛度復(fù)合材料，具有提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能、降低重量、節(jié)省成本等優(yōu)點。目前，VAT技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于航空航天、交通運輸、化工機械、土木建筑等領(lǐng)域。本文通過對比實驗優(yōu)選出膠接補強用膠黏劑，在國內(nèi)首次開展了基于VAT技術(shù)的復(fù)合材料開孔層合板膠接補強技術(shù)研究。研究了補強片的形式、補強方式、補強片厚度和

2、大小等因素對膠接補強性能的影響。建立有限元模型，對比分析了未補強和補強層合板的應(yīng)力分布，對膠接補強層合板進行了漸進失效分析，進一步揭示了膠接補強的失效機理。本文的研究工作為復(fù)合材料的補強技術(shù)探索了新的路徑，對推進VAT技術(shù)在復(fù)合材料膠接補強領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對比研究了AB膠、J-200、J-294和A140膠黏劑的操作使用性能，發(fā)現(xiàn) J-294膠的適用期適中，固化時間較短，施膠容易，具有較好的操作

3、使用性能。通過實驗研究了四種膠黏劑的拉剪強度和膠接補強性能，J-294膠具有最高的拉剪強度和最佳補強性能，其破壞試樣的失效模式和微觀形貌分析與實驗結(jié)果一致。⑵根據(jù)復(fù)合材料開孔層合板在單向拉伸載荷作用下的主應(yīng)力分布，設(shè)計和制備了環(huán)形VAT補強片和橢圓形VAT補強片。研究了補強片形式、補強方式、補強片厚度和大小等對補強效果的影響。相對于平紋補強片，VAT補強片的連續(xù)纖維軌跡與母板主應(yīng)力接近，具有更高的承載能力和更好的補強效果。實驗進一步發(fā)現(xiàn)

4、補強片大小存在一最佳范圍，對于環(huán)形VAT補強片，補強片外半徑和開孔半徑的比值 R/r在2.75~3.75之間時，綜合補強效果最好；對于橢圓形VAT補強片，補強片的短半軸與開孔半徑的比值B/r在2.25~3.25之間時，綜合補強效果最好。⑶采用ANSYS有限元軟件對未補強和膠接補強層合板進行應(yīng)力分析和漸進失效分析，有限元模擬分析結(jié)果與實驗結(jié)果基本一致。在拉伸載荷作用下，未補強和傳統(tǒng)平紋補強片補強的層合板，應(yīng)力集中位置均在開孔兩端，當(dāng)采用V