復(fù)合材料層合板沿厚度方向增強(qiáng)方法研究.pdf

1、復(fù)合材料層合板由于其優(yōu)異的面內(nèi)性能而廣泛地使用于航空結(jié)構(gòu)中。然而其層間性能較為薄弱，易在面外載荷下產(chǎn)生分層損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)提前破壞，這在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。沿厚度方向增強(qiáng)體（TTR）是一種能夠有效提高層間性能的技術(shù)，其中使用較為廣泛的兩種方法是縫線(xiàn)增強(qiáng)技術(shù)和Z-pin增強(qiáng)技術(shù)。為了預(yù)測(cè)TTR的力學(xué)行為與破壞模式，并評(píng)估相關(guān)參數(shù)對(duì)其增強(qiáng)效果的影響，研究其模擬方法是很有必要的工作。本文對(duì)TTR的模擬分為兩個(gè)步驟：首先模擬單根TTR的橋

2、聯(lián)作用；其次將計(jì)算得到的橋聯(lián)曲線(xiàn)作為T(mén)TR增強(qiáng)層合板模型的輸入?yún)?shù)，分析TTR的增強(qiáng)效果。
　　在模擬單根TTR橋聯(lián)作用的部分，分別使用了解析模型計(jì)算縫線(xiàn)的混合模式橋聯(lián)曲線(xiàn)，以及有限元模型計(jì)算Z-pin的I、II型橋聯(lián)曲線(xiàn)。其中Z-pin的I型橋聯(lián)模型以靜摩擦—?jiǎng)幽Σ料禂?shù)模擬了Z-pin在層合板中的脫膠—拔出過(guò)程，并與解析解和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。使用上述方法進(jìn)行參數(shù)分析，結(jié)果顯示縫線(xiàn)/Z-pin直徑、縫線(xiàn)縫合角度/Z-pin植

3、入角度以及層合板厚度的增加均能在不同程度上提高縫線(xiàn)/Z-pin的橋聯(lián)作用。
　　以計(jì)算所得的橋聯(lián)曲線(xiàn)作為輸入?yún)?shù)，分別用連接器（Connector）和離散內(nèi)聚力單元（Cohesive單元）的方法建立有限元模型，分別模擬TTR增強(qiáng)層合板的雙懸臂梁（DCB）試驗(yàn)、端邊切口彎曲（ENF）試驗(yàn)以及混合模式彎曲（MMB）試驗(yàn)。兩種方法的有限元計(jì)算結(jié)果具有很好的一致性，且均能夠與文獻(xiàn)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)較好吻合。相比離散 Cohesive單元模型，C

4、onnector模型的計(jì)算效率更高，需要的輸入?yún)?shù)更少，且建模更為簡(jiǎn)便。故采用Connector模型模擬分析TTR體積分?jǐn)?shù)與直徑對(duì)其增強(qiáng)效果的影響。結(jié)果顯示，“細(xì)針密布”的構(gòu)型增強(qiáng)效果較好。
　　最后，將靜摩擦—?jiǎng)幽Σ料禂?shù)模型用于計(jì)算異型截面Z-pin的I型橋聯(lián)曲線(xiàn)，將Connector模型用于計(jì)算異型截面Z-pin增強(qiáng)DCB試件的載荷位移曲線(xiàn)，定量分析了Z-pin截面周長(zhǎng)對(duì)I型增強(qiáng)效果的影響。結(jié)果顯示，在Z-pin截面面積相同的