高温下开孔复合材料层合板压缩试验及有限元分析.pdf

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1、RESEARCH学术论文高温下开孔复合材料层合板压缩试验及有限元分析CompressiveExperimentandFiniteElementAnalysisofOpenHoleCompositesLaminateatHighTemperature西北工业大学工程力学系欧阳林辉霍世慧长安大学汪帮耀【摘要】在高温环境下对开孔复合材料层合板进行压缩性能试验及其损伤的有限元分析，将得到的压缩强度进行比较，两者相差3．1％，在误差允许的范围内。同时由有限元损伤分析，得到了各铺层角的具体失效损伤图。结果表明，复合材料层合板开孔压缩有限元损伤分析，能够很好地得到复合材料层合板在压缩过程中的损

2、伤扩展和最终破坏，并最终预测复合材料层合板压缩失效模式和压缩强度。关键词：复合材料层合板高温环境开孔压缩损伤分析失效模式【ABSTRACT】Compressivepropertiesoftheopenholecompositeslaminateisexperimentallytestedathightemperatureandfiniteelementdamageanalysisofthelam—inatesiscompleted，twodifferentcompressivestrengthisworkedoutbycompressiveexperimentandfinitee

3、lementanalysis．thedifferenceis3．1％betweentheircompressivestrengthbycomparisonandiswithinthescopeofpermit-tederror．Specialfailuredamagefigureofeverylayerangleisworkedoutbyfiniteelementdamageanalysis．Theresultshowsdamageprogressionandfinaldamageofthelaminatesarefinebycompressivefiniteelementdam

4、ageanalysis，andtheanalysiscouldpredictthecompressivefailuremodelandcompressivestrengthfinally．Keywords：CompositeslaminateHightempera-tureconditionOpen-holecompressDamageanalysisFailuremode复合材料在20世纪60年代中期问世，70年代初即开始应用于飞机结构。由于它具有高比强度、高比模量和耐腐蚀性Ⅲ等优良特性，在航空航天领域得到越来越广泛的应用仁J。针对复合材料层合板开孑L结构，国内外学者已经做了一

5、些研究。F．Pierron【31研究了开孑L复合材料层合板受张拉载荷情况下实验结果的损伤分析。JoungHwanLeeH通过试验研究了开孔复合材料层合板的受压失效行为。C．SOUTIS【51分析了开孔复合材料层合板在两轴向载荷下的孔边应力分布。P．BERBINAUC【61对开孔复合材料层合板在多轴向拉一压载荷下的应力和失效进行了分析。曹海建o”利用有限元软件ANSYS，对三维整体空复合材料结构模型的压缩力学性能进行了分析。汪源龙隅1对碳纤维(CCF300)／双马树脂(GW一300)复合材料层合板进行了高温环境下的拉伸和压缩性能试验，研究其在不同温度环境下基本力学性能的变化。黎增山

6、[91进行了开孔复合材料层合板拉伸的损伤分析。但是，以上学者均没有考虑在高温下，对开孔的复合材料层合板进行压缩性能试验和有限元损伤分析。由于高温环境下，复合材料层合板的力学性能相对于常温下会发生很大的变化，本文针对某新型复合材料层合板进行了高温压缩性能试验，并同时进行了有限元损伤分析。1试验1．1试件与加载参考试验标准：HB6741—93碳纤维复合材料层合板开孔压缩试验方法，在试验温度为70℃，相对湿度为95％的环境下进行复合材料层合板开孔压缩试验。试件几何尺寸：长为254．55ram，宽为34．18ram，厚为4．4ram，孑L径为4．94mm。采用铺层形式为『45。／0。／一

7、45。／900／45。／0。／一45。／90。／一45。／00／45。]。，本组试件数为5个。试验机为CSS一88100电子万能试验机，试验加载速度lmm／min，环境箱为重庆五环试验仪器有限公司MT7006L和重庆五环试验仪器有限公司MH7006，环境箱使用范围为(一70～+150)oC。试验机量程为0～100kN。通过公式(1)计算开孔压缩强度：：zF，(10"t)2瓦，LJ式中，吼为开孔压缩强度(MPa)；F为开孔压缩破坏载荷(N)；b为试件宽度(mm)；t为试件厚度(mm