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细述分层缺损对复合材料结构压缩强度的影响

介绍
 
复合材料已成为航空航天领域应用最广泛的材料之一。B787和A350飞机使用的复合材料比例超过50%。然而,复合材料的结构不同于各向同性材料。复合材料具有层状结构、层间强度低的特点。因此,复合材料结构在使用或制造过程中以及在外部环境下容易发生界面脱胶和层间分层损伤,特别是在受到外来材料的横向冲击时,很容易产生内部分层。由于内分层损伤是不可见的,很难修复,因此研究复合材料结构分层损伤后的残余强度-4]具有重要的理论和现实意义。本文以碳纤维增强环氧树脂基复合材料为研究对象,通过嵌入分层缺陷来控制分层损伤的大小和位置。采用试验和数值模拟相结合的方法,研究了分层损伤对结构抗压强度的影响。研究结果可用于飞机接头复合材料结构。为结构设计和制造提供了依据。
 
1.有限元数值模拟
 
基于哈辛纤维增强复合材料失效起始准则理论,研究了纤维拉伸断裂(式1)、纤维压缩屈曲(式2)、横向拉伸剪切下的基体断裂(式3)、横向剪切下的基体破碎(式3)、横向剪切下的基体破碎(式3)的失效模式。RSE压缩和剪切。
 
三。试验结果及分析
 
图3显示了上、中、下层有缺陷和无缺陷的试件的位移-载荷曲线。每组试件有四个不同缺陷尺寸的复合材料层压板。从图中可以看出,不同尺寸缺陷层合板在压缩载荷作用下的路径基本相同,峰值载荷差较大。除无缺陷的试件外,中间层有嵌入缺陷的试件的峰值荷载最高,其次是上层,下层有缺陷的试件的峰值荷载最低。从位移-载荷曲线可以看出,分层缺陷会降低试件的抗压强度。
 
不同尺寸的层状缺陷对抗压强度的影响不同,其加载路径重叠。图4显示了不同尺寸和位置的抗压强度。
 
可以看出,对于有表面脱层缺陷的层合板,其抗压强度随缺陷尺寸的增大而减小。较大的分层缺陷尺寸(缺陷直径大于9 mm)对层压板的抗压强度有显著影响,较小的缺陷尺寸(缺陷直径小于3 mm)对层压板的抗压强度没有影响。显然,此时的强度往往是非破坏性的;对于有中间分层缺陷的层压板,其抗压强度不受缺陷尺寸的影响。此外,从图中可以看出,缺陷尺寸和位置相同的不同试样的抗压强度不相同,分散度在11%到25%之间,不利于抗压强度。测量的客观因素有:样品的对准、夹具的变形、样品加工的几何精度、夹紧力等。
 
显示了具有分层缺陷的复合材料层合板的压缩损伤模式和局部放大,并通过电子显微镜观察了断裂表面。可以看出,分层缺陷会改变层压板的失效模式。当压缩过程中压力达到一定水平时,缺陷的上表面“凸起”,而相应的反面由于压缩力矩的不平衡而成为顺势弯曲失稳,导致层压板的破坏方向轻微。向缺陷的下表面弯曲。
 
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