实验和模拟调查与缝合复合材料层压板的拉伸行为强化

文摘

复合材料层压板的实验和有限元模拟进行缝合。首先,单调拉伸试验,没有缝合进行调查的影响针加固复合材料层压板。其次,有限元法(FEM)被用来模拟试样的拉伸过程,并介绍了link元素来模拟缝合。实验结果表明,该缝合几乎没有影响单调拉伸载荷下的破坏荷载,而应变的变化有重要影响。有限元结果与实验结果一致,这意味着可以使用link元素研究复合材料层压板的缝合。仿真结果还表明,应变的分布显然改变了由于缝合的存在。研究成果有一个重要的角色在复合结构的设计,没有缝合。

1。介绍

先进碳纤维增强复合材料广泛应用于飞机、航空等领域由于其高强度重量比、刚度重量比和潜在增加疲劳,耐腐蚀,耐震的阻尼。为了满足装配的要求,复合材料飞机通常开放一些漏洞虽然有严重的应力集中。和剥离,孔周围的应力将提高复合材料的各向异性性质,这降低了强度的复合结构1]。

分层损伤通常发生在较低的应力水平由于二维(2 d)强化属性,导致不良层间力学。有很多种方法来提高平面外力学,缝合是一个想法的方法,因为它只是high-performance-to-price比率。然而,针降低了复合材料的力学性能,由于最初的内在层面的存在损害。在前面的工作中,邓小平等人发现,最初的内在层面的密度损伤诱导的缝合过程是决定性的线圈密度和线的直径2]。内在层面的复合结构的抗拉强度与线圈密度的增加或减少的直径线。Aymerich等人研究了缝合的断裂行为的影响摘要研究单搭接接头cocured疲劳载荷作用下通过实验和数值分析。和结果表明,缝合不能提高关节的静强度,虽然大大扩展了裂纹萌生和裂纹扩展阶段和改善疲劳损伤容限(3]。Lascoup等人发现,缝合的核心和皮肤之间可以增加三明治结构的厚度方向的力学性能虽然添加了质量(4]。Dransfield等人研究了缝合复合材料的韧性,这表明,缝合可以改善复合材料层合板的分层韧性和骨骼的关节的损伤宽容5,6]。木材进行标签缝DCB实验使用三种类型的针用相同的线圈密度分布(7]。发现线圈分布起着重要的作用在确定稳态应变能释放率。赫斯等人开发了一种有限元单胞模型来估计结构的弹性常数缝合noncrimp织物分层考虑纱线直径、缝纫模式和方向、加载方向(8]。

本文综合平面的拉伸实验没有缝合和单行的缝合加强进行研究缝合复合材料层压板的力学行为的影响。和有限元法(FEM)来模拟试样的拉伸过程。此外,复合材料的损伤机理与缝合加强了飞机。

2。实验的程序

两种复合标本单洞是用来进行拉伸实验。第一个标本是未缝合的,而第二个是缝洞。在图所示的两种标本1。复合材料,T300碳纤维,矩阵是9512环氧树脂。详细的堆垛序列[45/0₂/−45/90/0₂/−45/0)。每一层的厚度是0.12毫米,偏差的标准是8%,此前cocured过程。纤维的体积比%。为了山标本的扣人心弦的系统测试装置和加强的标本,200毫米×30毫米玻璃布结束标签应用于粘合剂的标本。环和标本的表面与孔与h01 - 101 h清漆涂层。修改锁针缝纫模式。标本分为两类,表中可以看到1。

2.1。实验方法

实验是由INSTRON100T机器。应变仪的位置的单行的缝合标本图所示2。每个应变仪和压力传感器的信号是由A / D转换器同时测量。拉伸加载添加2 KN初始阶段的每一步;连累改为1 KN /步骤在第二阶段直到破坏的外观。整个拉伸配置如图3损坏的样品如图4。

2.2。实验结果

标本没有缝合的最大负载32.02 KN,标本的最大负载和缝合是32.19 KN。它可以得出结论,缝合几乎没有影响负载单调拉伸载荷条件下的损害。的主要破坏模式矩阵压缩失败和纤维张力虽然层间破坏发生在当地区域周围的洞。所以,缝合的影响不明显。新的缝纫引起的应力集中使孔边的应力分布复杂得多,它带来的缺点标本的力量。

位于0°,此外,菌株45°、90°圆半径32 mm选择研究缝合的应变分布的影响。在(1),代表了圆周应变()。示意图如图5用于描述的位置点进行比较

不同标本的应变演化图所示6。从图可以看出6缝合的标本,有明显的区别和分开的标本。新缝纫线引起的应力集中明显代表在最大拉应力区(0°左右位置)和最大压缩区(约90°位置)。

3所示。有限元分析

有限元法的关键问题是要找到一个合适的缝纫线元素模型。这个元素应该一般晶石元素的属性(张力)和直径的考虑的影响因素。在以前的作品,Aymerich等人研究了复合静态抗拉强度在静态和疲劳载荷条件下通过link元素的link元素模型(3]。Stickler等人使用link元素模型来研究横向拼接丁字接头的抗弯强度6]。Aymerich等人研究了缝合的断裂反应的影响single-lap复合关节通过link元素模型。所有这些工作表明,link元素可以满足有限元模拟的需要。这介绍了link元素来模拟缝纫线。

为了简化计算,复合平面与断路器只1/4由于对称建模。层压复合材料的弹性常数如下:(我) 平均绩点,平均绩点,(2) ,,(3) 平均绩点,平均绩点,(iv) GPa, Aera = 0.0015毫米²。

凯夫拉尔线程的弹性特点是来自9]。最初的污点是0.02%。

试样的有限元模型显示在图7构建由Ansys商业软件。表面的对称边界条件应用A和b .负压的均布荷载对表面C和null位移对中线。在计算过程中,link元素用于建模修改锁针(9),如图所示8。

3.1。有限元分析结果

整个模型的应变分布没有缝合和单行的拼接显示为数字9和10。从数据可以看出9和10应变分布的改变显然由于缝合的存在。

图11显示了缝合的分布模型。在图11区是拉应力区,B区压缩应力区。区之间的区别周围的变形区B是带在厚度方向上的收缩,而B区被扩张。缝纫线所示的仿真结果图12。从图可以看出12轴向力,轴向应力、轴向应变link元素的增加而递减的协调在厚度方向上。

3.2。测试和验证

分开板的仿真结果与实验结果相比,如图13。它可以得出结论,关于径向应变的有限元结果()和圆周应变()在两个点毫米,90°对应的测试结果。的位置危险的区域板块,需要更多的研究。存在的一些偏差,这可能是由于应变仪的偏离方向。所有这些结果对加载应变是线性的,这证明了线性弹性模型是合理的。

单行的缝合的仿真结果与实验结果相比,如图14。在径向应变有限元结果()和圆周应变(),所有点都是记者与测试结果。它可以得出的结论是,使用link元素的方法可以用来研究缝合线程。

4所示。结论

从实验和模拟分析的结果,本文的综合结论如下。(1)实验和没有缝合表明缝合无法显著改善复合材料层压板的强度单调拉伸载荷条件下。(2)link元素可以用来研究复合板的缝合。和实验结果证明,仿真中引入这项工作是合理的。(3)实验结果和仿真结果表明,有明显效果的缝纫线应变的复合镀层。应变的分布显然改变了由于缝合的存在。

承认

这项工作得到了国家自然科学发现的中国(50375124和50375124)。这些支持是感激地承认。航空科学基金(2010 zf56016)和HNPFFRP项目(072300440080)。

引用

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