Z-pin增強(qiáng)復(fù)合材料T型接頭承載能力的多尺度分析研究.pdf

1、復(fù)合材料在航空航天相關(guān)領(lǐng)域中的使用越來越多，它具有很多的優(yōu)良力學(xué)性能，由于傳統(tǒng)的機(jī)械連接會(huì)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)造成很大的初始缺陷，使結(jié)構(gòu)承載能力大大降低，因此復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)是整體化成型結(jié)構(gòu)。整體化成型結(jié)構(gòu)一般采用膠接取代機(jī)械連接，使復(fù)合材料接頭性能不受到太大的損失，復(fù)合材料T型接頭正是膠接接頭中的一種廣泛應(yīng)用的接頭。與其他膠接接頭相似，T型接頭的層間性能較弱，可以采用厚度方向的增強(qiáng)技術(shù)來提高其承載能力，目前最流行的方法是 Z-pin增

2、強(qiáng)技術(shù)，它通過在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)厚度方向植入Z-pin，使結(jié)構(gòu)的層間韌性明顯提升，Z-pin增強(qiáng)技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用到復(fù)合材料的制造中。
　　本文對(duì)Z-pin增強(qiáng)復(fù)合材料T型接頭進(jìn)行了多尺度分析研究。首先建立 Z-pin的細(xì)觀分析模型，分析了單根 Z-pin的拉拔過程，得到Z-pin的橋聯(lián)律曲線，然后利用該模型對(duì)影響Z-pin性能的因素進(jìn)行了分析，結(jié)果表明固化溫度、層合板熱膨脹系數(shù)、Z-pin的直徑等參數(shù)對(duì)于Z-pin的性能有重要影

3、響。然后進(jìn)行了Z-pin增強(qiáng)T型接頭的拉伸和剪切試驗(yàn)，利用改進(jìn)的分區(qū)內(nèi)聚力模型對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行了有限元模擬，試驗(yàn)件的破壞過程及載荷位移曲線與有限元模擬的結(jié)果吻合得較好，驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性。
　　在該模型的基礎(chǔ)上，對(duì)Z-pin的分布參數(shù)進(jìn)行了分析以獲得其對(duì)T型接頭承載能力的影響。結(jié)果表明，在拉伸載荷下，Z-pin的列距及首列Z-pin與中軸面的距離的減小會(huì)使T型接頭的承載能力提高，在剪切載荷下，Z-pin列距和行距的減小能提高接頭的