碳纤维三维编织-铺层混合结构复合材料管的轴向压缩性能

采用准静态轴向压缩实验和有限元仿真相结合的方法,对三维编织(3D)-单向铺层(Unidirectional ply,UD)混合的碳纤维复合材料管的轴向压缩性能和破坏机制进行了研究。实验结果表明,3D-UD混合管具有更稳定的压缩吸能模式;相比UD管,混合管的峰值载荷、总吸能和比吸能分别提高了20.3%、109.2%和67.1%。进一步对3D-UD混合管的破坏过程进行了有限元仿真分析,得到的载荷-位移曲线与实验结果吻合较好,验证了仿真模型的有效性。结合实验结果与混合管损伤变形的仿真分析发现,外层3D和内层3D对夹层UD的束缚和支撑作用抑制了UD管管壁因弯折过大而断裂,而夹层UD管的稳定破坏吸能使得3D管未发生严重的编织层卷曲现象,因此3D-UD混合管可以有效抵抗管壁变形,提高轴向压缩下的稳定性和吸能性。