缝纫层合板的本构关系研究(I)——缝纫单层板有效弹性常数分析

建立了缝纫单层板的有效弹性常数分析模型。通过考虑缝纫引起的铺层纤维的面内弯曲和非均匀分布 ,分析了缝纫参数 (如缝纫行距、针距和缝线半径 )对等效弹性常数的影响。结果表明 ,当缝纫方向垂直于铺层纤维方向时 ,随缝纫行距的减小或缝线半径的增大 ,纵向模量逐渐下降 ,而横向模量和剪切模量则逐渐提高 ;

厚度对缝纫层合板力学性能的影响

比较了缝纫、无缝纫层合板力学性能差异,同时考虑了缝纫引起的厚度变化。通过拉伸、压缩试验研究了缝纫对层合板及含孔板的拉伸、压缩强度和破坏机理的影响。研究结果表明,缝纫带来的厚度变化影响了面内纤维体积含量,这对评定缝纫层合板力学性能至关重要。

缝纫层合板低速冲击损伤有限元分析

采用动态有限元素法 ,计算并研究了缝纫层合板在低速冲击下的损伤情况。研究结果表明 :缝纫后层间剪切强度的增加是缝纫层合板抗冲击分层性能改善的主要原因。试验结果也表明 ,模拟计算结果与试验结果具有良好的一致性。

缝纫层合板的本构关系研究(II)——缝纫层合板刚度分析与试验

在缝纫单层板有效弹性常数分析模型的基础上 ,建立了缝纫层合板的本构关系 ,分析了缝纫参数对缝纫层合板拉伸、弯曲、剪切和扭转刚度的影响 ,并对拉压刚度进行了试验研究 ,结果表明 。

缝纫层合板压缩性能研究

试验研究了有、无缝纫层合板的压缩强度和破坏机理。通过有限元方法分析了缝纫参数对缝纫层合板压缩性能的影响。研究结果表明,缝纫层合板以折皱断裂为主要压缩破坏模式,分层损伤得到了有效的抑制,缝纫参数对压缩强度有一定的影响,计算模型与试验结果吻合得较好。

湿热环境对缝纫层合板及含孔板压缩性能的影响

通过干态、高温干态(150℃)和湿热环境下T300帘子布/QY9512缝纫孔板及层合板的压缩试验,了解到150℃的高温环境对这种缝纫层合板及含孔板的压缩强度影响微弱,而湿热环境下其压缩强度却明显降低,以至于缝纫在厚度方向的增强效果难以体现。

缝纫对复合材料层合板强度和抗冲击性能的影响

主要研究了缝纫对复合材料层合板的强度和抗冲击性能的影响。通过对不同缝纫密度、缝纫方向、缝线材料和缝线直径的试件进行试验研究 ,分析了缝纫参数对层合板的压缩强度、层间剪切强度、断裂韧性 GIC和 GIIC、低速冲击损伤以及冲击后压缩 ( CAI)强度的影响。结果表明 :缝纫使层合板的 GIC和 GIIC有明显提高 ;随缝纫密度的增大 ,层间剪切强度和 CAI强度有显著提高 ,冲击分层损伤面积有一定程度的减小 ;但它们与缝线的直径关系不大。

缝纫复合材料层合板面内性能的分析模型

提出了一种分析缝纫复合材料层合板面内力学性能的模型即纤维弯曲模型 (FBM)。认为在缝纫孔周围纤维的弯曲变形是影响缝纫复合材料层合板面内力学性能的主要原因。从分析缝孔单胞的纤维弯曲几何特征入手 ,最终得到层合板面内的弹性应力应变关系。以缝纫复合材料层合板 [0 4 5 0 -45 90 4 5 0 - 45 ]2S为例 ,计算了缝纫复合材料层合板面内拉伸强度。计算结果表明 ,理论预测与实验结果吻合良好 ,证实了该模型的正确性。

渐近均匀化理论预报缝纫复合材料弹性性能

基于缝纫复合材料的结构特征,假定其具有周期性细观结构。利用渐近均匀化方法并结合摄动技术建立一系列控制方程,考虑由于缝纫扰动造成的材料的非均匀分布,由此确定缝纫复合材料的宏观等效性能。已有的试验结果相比较,本文预报结果与试验吻合较好。研究发现,缝纫造成了层合板刚度的下降,在面内方向缝纫密度越大,刚度降低越明显。缝纫产生的纤维变形区的宽度增加对刚度有利,纤维变形区的长度对拉伸刚度影响不大。并对缝纫参数对缝合板性能的影响进行了预报,为实际工程问题提供了预测材料性能的方法。

大展弦比复合材料机翼结构设计研究

针对大展弦比机翼结构的特点,选定蜂窝夹层、多墙式和一种新型混合式结构进行分析比较。进行了缝纫层合板和无缝纫层合板的冲击后压缩强度试验以及3种形式的复合材料蜂窝夹层板冲击后压缩稳定性试验。实验结果表明,缝纫可提高复合材料层合板冲击后压缩强度和屈曲临界载荷。对3种形式机翼结构进行有限元分析,计算结果表明,新型混合式结构具有明显的减重效果,并可实现一定比例的弯曲和扭转刚度设计。