复合材料双波纹面外褶皱缺陷细观力学分析方法

复合材料由于其高比模量、高比强度和疲劳寿命长等突出的优点被广泛应用于航空航天领域,但在制备过程中易产生褶皱缺陷,并对复合材料层合板的刚度、强度产生负面影响。本文主要研究含有单波纹和双波纹外部褶皱的复合材料力学性能。提出一种解析方法计算单波纹和双波纹褶皱细观力学模型的等效材料属性,通过与数值模型结果的对比与分析,发现含褶皱层合板的等效模量随波纹比绝对值的增大而减小。当波纹比绝对值相同时,含凹陷褶皱的层合板等效模量比含凸起褶皱的层合板等效模量低。不同厚度的含有褶皱的层合板等效模量曲线存在交汇点,交汇点两侧等效模量随厚度变化的趋势相反,且双波纹褶皱与单波纹褶皱的交汇点不同。

热压罐成型典型制造缺陷对复合材料的力学性能影响研究

利用热压罐成型制备了含有不同参数的面外褶皱试验件和分层试验件,分别对试验件进行拉伸、压缩、短梁剪切和三点弯曲试验,并对试验后样件的断裂形貌进行观察分析,探究了面外褶皱和分层对复合材料综合力学性能的影响和破坏机理。结果表明,面外褶皱使复合材料的拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度和抗弯强度分别至多下降了约47%、77%、23%和49%,且面外褶皱的起皱层数对力学性能的影响要比尺寸显著;分层会使复合材料的压缩强度、层间剪切强度和抗弯强度分别至多下降了24%、38%和15%,而对拉伸强度的影响不大。

纤维波纹对层间增韧碳纤维/环氧复合材料单向板力学性能的影响

本文采用层间增韧型碳纤维/环氧预浸料X850,通过碾压预制的面外波纹和预浸料叠层中插入预浸料条两种方法,分别制作了含面内纤维屈曲和面外纤维褶皱缺陷的单向层板,成型固化采用热压罐工艺。对复合材料中的两种纤维波纹进行了表征,并对拉伸与压缩性能进行了测试分析。实验结果表明:得到了波纹比不同的复合材料试样,纤维含量一致且无其他缺陷;在所预制的波纹比范围内,面外褶皱对层板的拉伸性能影响较小,压缩性能小幅降低,而拉伸及压缩性能对面内屈曲非常敏感,随波纹比增大,强度、模量及试样的破坏模式均发生显著变化,说明纤维波纹形式对该类缺陷的评估十分重要。