Z-pin增强复合材料帽型加筋壁板接头拉伸性能

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252016V01．37No．62003．2012ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cnZ—pin增强复合材料帽型加筋壁板接头拉伸性能李吻，李勇*，还大军，褚奇奕，陈浩然南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京210016摘要：为了提高复合材料帽型加筋壁板结构中筋条与蒙皮界面处的连接强度，引入Z—pin三维增强技术。制备了Z—pin增强帽型接头试样，并对其进行拉伸

2、试验，研究Z—pin对帽型接头界面增强机理及不同Z—pin体积分数、直径及加载跨距对筋条与蒙皮界面处连接性能的影响规律。结果表明：Z—pin直径为0．5mm、植入角度为90。时，在体积分数0％～1．0％范围内，Z—pin增强帽型接头拉伸强度随着体积分数的增加而增加，增长趋势随体积分数增加而减缓，含1．0％Z—pin增强帽型接头比未增强接头强度提高了31．2％，在体积分数1．0％～1．5％范围内，Zpin增强帽型接头拉伸强度呈降低趋势；Z-pin直径对帽型接头拉伸强度影响不显著；随着加载跨距的增加，含0．5％(直径0．5ram)Z—pi

3、n增强帽型接头伴随有失效模式转变，拉伸强度呈现降低趋势。关键词：树脂基复合材料；帽型接头；Z—pin；连接性能；拉伸试验中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)06—2003—10复合材料加筋壁板结构由于具有良好的承载能力、减重效果以及结构的总体和局部刚度好等优点，在航空先进复合材料结构设计领域被广泛采用，并且使用量正在逐年增加。复合材料加筋壁板，按加强筋的结构形式可分为T型、J型、I型和帽型(Q型)等[1]。其中，与T型、J型和I型等结构形式相比，帽型加筋壁板具有结构稳定性好、传递周向载荷效率高和

4、屈曲强度高等优点，在B787机身筒段、A380的气密舱球面框和I。1011飞机的垂尾壁板等结构上都已经得到大量的应用[2_3]。但是大量的实验研究表明，筋条与蒙皮间的界面连接强度远远低于复合材料的面内强度[4_6]，导致帽型加筋壁板承载效率大大降低，并且提高了制造成本。为了提高筋条与蒙皮的界面连接性能及结构效率，多种三维增强技术开始被研究并被应用到复合材料结构中，包括针织、缝合、编织、植绒和Z—pin等三维增强技术口。9]。而Z—pin三维增强技术因其制造成本低、增强效率高成为提高筋条与蒙皮界面处连接性能最有效的途径。国外Rugg等【

5、l”171利用Z—pin增强复合材料T型接头，研究表明Z—pin通过提供连接件问的桥联力来提高接头的连接性能。Emile等[181采用L型接头和T型接头拔脱试验研究Z—pin增强复合材料的损伤容限，结果表明：含有Z—pin增强的复合材料损伤容限提高了229％。Ji等[19]研究了金属钢Z—pin增强帽型接头的拉伸与疲劳性能，得到Z—pin体积分数为4．0％时，其静态拉伸强度比未用z—pin增强的试样提高了27％，疲劳性能提高了48％。国内李成虎和燕瑛[2叫提出了基于Z—pin桥联力试验的Z—pin增强复合材料T型接头层间性能的模拟方法

6、。在T型接头拉拔试验收稿日期：2015．07．20；退休El期：2015．08—13；录用日期：2015—09—21；网络出版时间：2015—09—2810：39网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929．V．201509281039．004．html基金项目：国家“973”计划(20140804650”；航空科学基金(2015ZE52049)；江苏高校优势学科建设工程资助项目*通讯作者Tel．：025—84892980E—mail：lyong@nuaa．educn§

7、用格武：李吻，李勇．还六军．等Z-

8、pin增强复合材料侮型加镪壁板接头拉伸性能iJ

9、航空学报，2016·37(6)：2003-2012LIW，LIY．HUANDJ．eta1．Tensileperformanceofcomposites’hatstiffenerreinforcedwalliointbyZ-pinEJ7．ActaAeronauticaetAs—tronauticaSmica．2016．37(6)：2003-2012．航空学报模拟分析中，研究了不同跨距和不同Z—pin间距对拉拔力的影响。模拟分析表明跨距对拉脱位移影响较大，Z—pin间距对最大拉拔力影响较大。

10、李梦佳等口嵋利用二维平面应变模型对Z—pin增强试验件进行失效分析，研究了Z—pin直径、密度和植入角度等参数对T型接头拉脱承载能力的影响。但是关于复合材料Z—pin增强帽型加筋壁板结构性能的研究未见报道。本文利用Z—p