复合材料褶皱与试件性能的关系研究

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1、№。止。。。。．．1．．。㈠。。。。拙。。。。复合材料构件制造技术复合材料褶皱与试件性能的关系研究米ExperimentalInvestigationontheRrelationshipBetweenWrinklesandPropertiesofCompositeLaminates中航复合材料有限责任公司卓鹏刘强赵龙姜茂J中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心陈志平张璇丛晶洁【摘要】褶皱是复合材料成型中产生的一种工艺缺陷，而这种缺陷会对试件的性能产生不可忽略的影响本文通过褶皱的宽高比来衡量褶皱缺陷

2、的严重程度，并通过实验的方法研究不同宽高比的褶皱对试件性能的影响、本实验设计了5组不同宽高值的褶皱缺陷，并利用液体成型工艺制造出带有不同设定宽高值的褶皱缺陷试样通过测试试样的开孔压缩强度，来衡量褶皱对复合材料性能的影响关键词：褶皱开子L压缩液体成型宽高比IABSTRACTlWrinkleswithinthecompositeslaminatesareprocessdefectswhichcanbeformedduringthemanufacturingprocess．Theymayhaveminororev

3、ensevereffectonthepropertiesofthecompositeproducts．Inthispaper,wrinkleswithinthecompositelaminatesareestimatedbytheirlength／heightratio，andsampleswithwrinklesofdifferentlength／heightratioareinvestigatedintheexperiment．Fivegroupsofsampleswithwrinklesofdiffe

4、rentlength／heightratioaremanufacturedbyresinin-fusionprocess．Theeffectofthewrinkleswithinthelami—natesisevaluatedbytheopenholecompressionstrengthofthelaminates．Keywords：WrinklesOpenholecompressionResininfusionLength／heightratio复合材料被越来越广泛地应用于航空、汽车、风力发电等领域，且

5、尺寸越来越大，结构也越来越复杂。而传统的预浸料／热压罐工艺由于其昂贵的制造成本使其发展受到了一定的制约。因此，近年来以RTM(ResinTransferMolding)和VARI(VacuumAssistedResinInfusion)等为代表的复合材料液体成型技术由于不需要使用投资成本较高的热压罐及预浸料设备，制造成本显著低于传统的预浸料／热压罐T艺，并具有良好的可+本研究受同家高技术研究发展计划(863计划)“先进轻质复合材料成型技术与装备开发与典型应用”项目的资助．项目编号2012AA040209没计

6、性及适合于成型整体结构复杂构件等优点，被越来越广泛地应川于高性能复合材料成型制造领域。其中VARI工艺适用于大尺寸复合材料构件的成型。由于构件尺寸较大以及结构较为复杂，难以避免其中出现纤维褶皱等缺陷复合材料褶皱是指复合材料内部的一层或多层纤维在复合材料的表面或内部形成的折痕、皱纹或弯曲变形、这种褶皱是由纤维的弯曲、扭曲以及纤维层间的偏移所造成的一种状态，其产生的原因主要有：(1)堆叠后的干态纤维帘子布之间无定型剂固定，预制体堆叠块在移动、组合、裁边、缝合及合模过程中出现层间滑移变形；(2)非贴膜面的纤维层由

7、于受压不匀易产生层间扭曲变形；(3)真空袋或局部纤维预制体架桥(如R区)导致纤维预制体局部受压不均而产生纤维层变形；(4)其他人为原因，如：层问夹杂、贴膜面存在异物等原因导致了复合材料褶皱的形成。复合材料褶皱可导致材料性能大幅下降，如拉伸、压缩强度以及疲劳寿命等．使复合材料的性能值偏离预期设计值，无法在正常的条件下使用J．Fish等人对复合材料褶皱对性能的影响进行了模拟和有限元分析11-4l本文着重从实验方面对复合材料褶皱的影响进行研究。1试验规划为j’评估褶皱对复合材料性能的影响，预制带有不同宽高比褶皱缺

8、陷的试件一，通过测试试验件的开孑L压缩强度，考察褶皱对复合材料性能的影响。假设复合材料表面的褶皱为一单曲面圆弧，且上下表面弧度近似相等，如图l所示。设材料表面褶皱的跨度为，，褶皱凸起的高度为h．因此，将材料表面褶皱的宽高比定义为，：舡图1褶皱宽高比定义示意图Fig．1Definitionofaspectradioofcompositeswrinkles2014年第15j9J·航审制造技术101专题sPEC眦T。P