基于能量等效的2.5维机织复合材料刚度预测

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1、第46卷第4期2014年8月南京航空航天大学JournalofNanjingUniversityofAeronautics报strOnautms基于能量等效的2．5维机织复合材料刚度预测朱永新崔海涛温卫东(南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室，南京，210016)V01．46No．4Aug．2014摘要：提出了用能量等效原理预测2．5维机织复合材料经向拉伸的弹性模量的方法。以2．5维机织复合材料受经向拉伸栽荷时经纱的变形为基础，分析了受经向拉伸栽荷时2．5维机织复合材料中经纱、纬纱和填充树脂的变形能，利用各组分材料的变形能之和与整体复合材料的变形能相等的

2、原理，推导出2．5维机织复合材料的经向拉伸弹性模量的计算方法。与试验数据对比发现，本文方法对经纬向拉伸弹性模量的预测结果比采用组分材料力学性能体积平均加权的方法更加精确。结果验证了本文方法的合理性，表明本文的计算公式对纬向拉伸时同样适用，并且本文方法所需要的基础参数更容易获得。关键词：机织复合材料；2．5维；刚度；能量法中图分类号：TB33文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)04—0625—07ElasticPropertyPredictionof2．5DWovenCompositesBasedonEnergyEquivalencePrinci

3、pleZhuYongxin，CuiHaitao，WenWeidong(JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAerospacePowerSystems．NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Anapproachtopredictingtheelasticpropertyinwarpdirectionof2．5Dwovencompositesisdevelopedbasedontheenergyequivalenceprinciple

4、．Whenthe2．5Dwovencompositesareloadedinthewarpdirection，thedef6rmationenergyoftheyarnsandthematrixisanalyzed．Thenthepredictionmethodfortheelasticpropertyinwarpdirectionof2．5Dwovencompositesisconductedbytheequalityrelationbetweendeformationenergiesofcomponentsandcomposites．Comparedwith

5、theexperimentaldata，thepredictionresultsoftheenergymethodarebetterthanthatofthevolumeaveragemethod，whichprovestheeffectivenessofthemethod．Itisalsofoundthattheparameterusedinthemethodiseasytoconduct．Keywords：wovencomposites；2．5D；elasticproperty；energymethod为了改善层合板复合材料层间性能弱的缺点，人们提出了机织、

6、编织等结构的新型复合材料，2．5维机织复合材料是比较受关注的一种新型结构性复合材料，对其力学性能的研究也广泛展开，但其相对复杂的经纱、纬纱、树脂基体的结构和力学关系使得对其力学性能的研究存在一定的难度，各种等效模型和计算方法相继出现。Yang[1]、Whir—eney[2]和ChouE胡等人提出并发展了纤维倾斜模型，CraigRyan[⋯、易洪雷等[4]提出并发展了选择平均模型，来计算机织复合材料的面内性能。Cox[5]、杨连贺[明和燕瑛[71等采用取向平均的思想研究了机织复合材料的刚度；高建辉[8]、郑君[9]、董伟峰[10。¨3等进一步发展了取向平均模型，采

7、用组分材料力学性能体积平均加权的方法来合成2．5维机织复合材料的宏观力学性能。周储伟口2。1钉等根据机织复合材料中纤维束排列和变形的周期性特基金项目：中央高校基础科研业务费专项资金(NZ2012113)资助项目。收稿日期：2013—11—28；修订日期：2014—03-05通信作者：崔海涛，男，教授，博士生导师，E-mail：cuiht@nuaa．edu。en。学A＆626南京航空航天大学学报第46卷点，推导了一种细观梁单元模型。Cox[14。16I、董伟峰[10

8、、王新峰[171等采用有限元方法对2．5维机织复合材料的弹性力学性能进行了计算。目前对2．5维机织

9、复合材料弹性模量的预测精