复合材料层合板沿厚度方向增强方法分析

《复合材料层合板沿厚度方向增强方法分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据万方数据复合材料层合板沿厚度方向增强方法研究摘要复合材料层合板由于其优异的面内性能而广泛地使用于航空结构中。然而其层间性能较为薄弱，易在面外载荷下产生分层损伤，导致结构提前破坏，这在一定程度上限制了其应用范围。沿厚度方向增强体（TTR）是一种能够有效提高层间性能的技术，其中使用较为广泛的两种方法是缝线增强技术和Z-pin增强技术。为了预测TTR的力学行为与破坏模式，并评估相关参数对其增强效果的影响，研究其模拟方法是很有必要的工作。本文对TTR的模拟分为两个步骤：首先模拟单根TTR的桥联作用；其次将计算得到的桥联曲线作为TTR增强层

2、合板模型的输入参数，分析TTR的增强效果。在模拟单根TTR桥联作用的部分，分别使用了解析模型计算缝线的混合模式桥联曲线，以及有限元模型计算Z-pin的I、II型桥联曲线。其中Z-pin的I型桥联模型以静摩擦—动摩擦系数模拟了Z-pin在层合板中的脱胶—拔出过程，并与解析解和试验数据进行了对比验证。使用上述方法进行参数分析，结果显示缝线/Z-pin直径、缝线缝合角度/Z-pin植入角度以及层合板厚度的增加均能在不同程度上提高缝线/Z-pin的桥联作用。以计算所得的桥联曲线作为输入参数，分别用连接器（Connector）和离散内聚力单元（Co

3、hesive单元）的方法建立有限元模型，分别模拟第II页万方数据TTR增强层合板的双悬臂梁（DCB）试验、端边切口弯曲（ENF）试验以及混合模式弯曲（MMB）试验。两种方法的有限元计算结果具有很好的一致性，且均能够与文献中的试验数据较好吻合。相比离散Cohesive单元模型，Connector模型的计算效率更高，需要的输入参数更少，且建模更为简便。故采用Connector模型模拟分析TTR体积分数与直径对其增强效果的影响。结果显示，“细针密布”的构型增强效果较好。最后，将静摩擦—动摩擦系数模型用于计算异型截面Z-pin的I型桥联曲线，将C

4、onnector模型用于计算异型截面Z-pin增强DCB试件的载荷位移曲线，定量分析了Z-pin截面周长对I型增强效果的影响。结果显示，在Z-pin截面面积相同的前提下，截面周长增加19.4%、33.8%，则I型桥联断裂能提高了17.0%、34.0%，DCB试件的极限载荷提高了9.8%、18.1%。关键词：Z-pin，缝线，桥联作用，静摩擦—动摩擦系数，离散内聚力单元，连接器第II页万方数据STUDYONTHROUGH-THICKNESSREINFORCEMENGTMETHODSFORCOMPOSITELAMINAABSTRACTComp

5、ositelaminatearewidelyusedinaircraftstructurebecauseofitsexellentin-planemechanicalproperties.However,theweakinterlaminarpropertiesoflaminatemaycausedelaminationdamageunderout-planeload,whichmayleadthestructuretofailureaheadofschedule.Toimprovetheinterlaminarstrengthandto

6、ughness,severalthrough-thicknessreinforcementtechniqueshavebeendeveloped,e.g.stitching,Z-pinning.InordertopredictthemechanicalbehaviourandfracturemodeofTTRandevaluatetheinfluenceofrelatedparametersontheenhancementeffect,thestudyonthesimulationmethodsforTTRisnecessary.Thes

7、imulaionmethodincludestwosteps.Firstly,unitcellmodelsareestablishedtosimulatesingleTTRbridgingeffect.Next,through-thicknessreinforcedlaminatemodelsareestablished,withthebridgingcurvescalculatedasinputdata,toanalyzetheenhanceeffectofTTR.InthestepofsingleTTRbrdgingeffectsim

8、ulation,analyticmodelisappliedtocalculatethemix-modebridingcurvesofstitchandnumericalmodelisfort