基于应变监测的CFRP层合板钻孔分层缺陷机理研究.pdf

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4、失效准则，对分层区域加以评价，并与实验结果对比分析，进而阐释FRP钻孔分层缺陷的产生机理。论文主要内容包括以下方面：首先，基于大量文献，梳理FRP层合板出现的钻孔缺陷，对各缺陷出现的已有主要原因进行分析总结，并在此基础上选取最易出现的分层缺陷加以研究。其次，采用ABAQUS有限元软件，建立FRP层合板的二维冲击和三维钻孔有限元仿真模型；基于HASHIN和PUCK两种材料失效准则，分析钻削分层缺陷出现的条件，编制相应的VUMAT用户材料子程序，结合界面粘结单元（cohesiveelement）技术，对碳纤维增强复合材料（Car

5、bonReinforcedPlasticsFiber，CFRP）进行三维钻削仿真，给出钻孔过程的CFRP层合板钻孔周围的应力应变分布，并对应变的大小和所在的位置的关系加以分析。第三，基于仿真结果，制定传感器布设方案，对玻璃纤维/环氧树脂复合材料层合板（Glass-Fiber-ReinforcedPlastic，GFRP），分别进行入口侧、出口侧的单侧及双侧应变响应测试；分析复合材料层合板缺陷产生和分布特点，优化CFRP层合板钻孔实验方案。第四，搭建CFRP层合板钻孔应变响应监测实验平台，采用双钻尖顶角的改良麻花钻，分别对有、

6、无垫板两种支撑装夹条件下的CFRP层合板进行钻孔实验。结果表明：垫板支撑有利于抑制分层缺陷的出现；钻孔周边沿纤维方向更容易出现分层，同时伴有撕裂和毛边缺陷；出口侧的缺陷较入口侧更为严重。对实验结果与仿真结果进行对比分析，二者在出现缺陷的形式及位置上基本吻合；同时，利用最大直径比的方法对分层缺陷进行评价，其分层因子仅相差5.8%，仿真模型的有效性可在一定程度上对CFRP层合板钻孔缺陷进行预测。关键词：碳纤维增强复合材料；分层缺陷；钻孔仿真；ABAQUS；应变响应IABSTRACTABSTRACTCompositesmateri

7、alarewidelyusedinmilitary,aviationandvariousfieldsbecauseofitsexcellentperformanceoflightweight,highstrength,highspecificstrengthandstiffness.Butitshardenabilityandthemanufacturingtechnologyofprogrammablelaminatedbecometheinducementofdrillingdefects.Thispaperfocuso

8、nthedrillingdefectofFRPlaminatesandtaketheFRPlaminatesasresearchobjecttoanalyzethestrainresponseduringdrillinglaminatesprocesswithfiniteelementme