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基于细观力学的大开孔层合板缝合补强力学性能计算的新方法

来源期刊:复合材料学报2019年第6期

论文作者:潘斌 张桂明 孙子恒 郭万涛 王继辉 肖雪瑞

文章页码:1447 - 1456

关键词:大开孔层合板;缝合补强;针脚损伤;单胞模型;纤维弯曲;有限元分析;

摘    要:从细观力学的角度出发,考虑了面内纤维弯曲及富树脂缺陷,建立了大开孔层合板缝合补强孔边针脚损伤的单胞模型。建立了纤维弯曲函数,推导了纤维弯曲区域的纤维体积分数及纤维弯曲角度。基于复合材料力学分析方法,计算得出了单胞的材料弹性常数。研究表明:缝合导致单胞面内纤维最大弯曲角不超过20°,单层板纵向杨氏模量减小,横向杨氏模量、剪切模量及泊松比均增大,变化幅度均在-8%~20%之间;且对于大开孔层合板缝合补强而言,针距变化引起的材料性能变化相对边距大许多。由上述计算结果,建立了一种缝合补强大开孔层合板力学性能计算的新方法,同时引入针孔模拟针脚处的应力集中现象,结果表明:缝合会造成层合板面内力学性能降低,并且对面内的压缩性能影响大于对面内拉伸性能的影响。

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基于细观力学的大开孔层合板缝合补强力学性能计算的新方法

潘斌1,张桂明1,孙子恒1,郭万涛2,王继辉1,肖雪瑞2

1. 武汉理工大学材料科学与工程学院2. 中国船舶重工集团公司第七二五研究所

摘 要:从细观力学的角度出发,考虑了面内纤维弯曲及富树脂缺陷,建立了大开孔层合板缝合补强孔边针脚损伤的单胞模型。建立了纤维弯曲函数,推导了纤维弯曲区域的纤维体积分数及纤维弯曲角度。基于复合材料力学分析方法,计算得出了单胞的材料弹性常数。研究表明:缝合导致单胞面内纤维最大弯曲角不超过20°,单层板纵向杨氏模量减小,横向杨氏模量、剪切模量及泊松比均增大,变化幅度均在-8%~20%之间;且对于大开孔层合板缝合补强而言,针距变化引起的材料性能变化相对边距大许多。由上述计算结果,建立了一种缝合补强大开孔层合板力学性能计算的新方法,同时引入针孔模拟针脚处的应力集中现象,结果表明:缝合会造成层合板面内力学性能降低,并且对面内的压缩性能影响大于对面内拉伸性能的影响。

关键词:大开孔层合板;缝合补强;针脚损伤;单胞模型;纤维弯曲;有限元分析;

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