缝合复合材料层合板面内拉伸强度的分析

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1、第28卷第1期2010年2月中国民航大学学报JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINAV01．28No．1February2010缝合复合材料层合板面内拉伸强度的分析徐建新，王春水，李强，蔡宇(中国民航大学航空工程学院，天津300300)摘要：提出了缝合复合材料层合板抗拉强度的微观分析方法，建立了针脚处纤维局部弯曲的几何模型。使用最大应力准则和强度破坏指标相结合的方法．根据主承力层的失效得到层合板的抗拉强度。计算结果表明，理论预测值与试验结果吻合良好，证实了该模型的

2、正确性和可靠性。关键词：缝合层合板；纤维弯曲；拉伸强度；破坏指标中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1674--5590(2010)01-0018-04In-PlaneTensileStrengthAnalysisofStitchedCompositeLaminatesX-UJian-xin，WANGChun-shui，LIQiang，CAIYu(CollegeofAerommticalEngineering，CA∞，Tianjin300300，China)Abstract：Amicrome

3、thodWaspresentedtostudytensilestrengthofstitchedlaminates．Ageometricalmodeloflocalwavinessoffiberaroundstitcheswasestablished．Themaximumstresstheorywascombinedwithfailureindexofstrength．Tensilesn七nsthoflaminateswasobtainedontheanalysisof00ply．Theresults

4、showthatthetheoreticalpredictedvaluesaccordwellwiththeexperiments．Themodelisprovedtobefeasible．Keywords：stitchedlaminates；fibresbend；tensilestrength；failureindex传统的层合板复合材料在厚度方向上承受冲击载荷的能力很弱，表现出比较低的损伤容限，即在规定的维修使用周期内，传统的层合板复合材料结构抵抗由损伤导致破坏的能力比较低。另外，复合材料结构在制

5、造过程中还会出现一些不可避免的缺陷：夹杂、空隙、纤维架桥和弯曲、局部贫脂或富脂。缝合复合材料就是为提高复合材料层合板结构的抗冲击性能，增强其层间拉伸强度而出现的一种新型复合材料结构，作为一种轻质高效结构材料，其基本力学性能的分析与预测是将该材料用于结构设计的重要前提，已成为复合材料学术界的研究热点和难点。文献【l一7】基于试验研究，探讨了缝合密度、缝合方向、缝合线半径、缝合方式等缝合参数对材料强度特性的影响。多数试验表明，缝合后拉伸强度特性有所降低，试样沿缝合针脚断裂，缝合在针脚处引起的纤维弯曲、纤维

6、断裂等微观损伤是影响拉伸强度特性的主要因素。因此，缝合在针脚处所造成的微观损伤是决定缝合层合板抗拉强度的主要因素，但以往的强度准则和破坏指标都未能加以考虑。作为缝合层合板性能分析的基础，缝合层合板拉伸强度计算具有十分重要的意义。笔者提出了缝合复合材料层合板抗拉强度的微观分析方法，根据相关的文献，建立了针脚处纤维局部弯曲的几何模型，该模型考虑了缝合线对缝合层合板拉伸强度的影响，同时在模型的基础上分析并计算了T700／QY891l缝合复合材料单向板的面内拉伸强度。基于单向板刚度矩阵和经典层合板理论，采用最

7、大应力准则和强度破坏指标计算缝合层合板的拉伸强度，得到与试验数据相吻合的结果，证实了该模型的有效性。1拉伸强度弯曲模型试验表明，缝合在复合材料层合板中主要造成了纤维断裂和纤维弯曲等损伤，其中，纤维弯曲是影响层合板拉伸强度的主要因素。缝合使纤维产生面内弯曲和厚度方向的弯曲，但厚度方向弯曲的纤维仅存在于层合板表层，对层合板拉伸强度的影响可忽略不计，因此仅考虑纤维面内弯曲的影响。由于层合板中收稿Et期：2009--07--02；修回日期：2009--09—17作者简介：徐建新(1967一)，男，江苏苏州人，

8、教授。工学博士，研究方向为结构细节应力分析、飞机结构疲劳强度、复合材料结构力学．第28卷第l期徐建新，王春水，李强，等：缝合复合材料层合板面内拉伸强度的分析19各单层的铺层方向不同，所以缝合对各层造成的纤维弯曲不同，因此首先分析缝合对各单层拉伸强度的影响，然后根据经典层合板理论并采用最大应力准则和强度破坏指标得到整个层合板的拉伸强度。单层板变形区的性质直接决定了层合板的面内力学性能。由于缝合线的加入，使得纤维绕缝线发生弯曲变形，本文提出缝合层合板面内局部