复合材料铺层拼接层间断裂韧性的试验研究

针对评价复合材料层合板层间断裂韧性的测量,提出了用拉伸试验法测定Ⅱ型层间断裂韧性,设计了内含铺层拼接区的分层破坏试验层合板,制备了拉伸试件。通过拉伸试验测得了拼接区开裂和分层裂纹稳态扩展过程中的载荷与变形规律:层间破坏具有Ⅱ型断裂特征,且裂纹扩展比较稳定。利用测试数据计算出断裂功,并以临界能量释放率表示层合板的Ⅱ型层间断裂韧性,结果表明用铺层拼接件拉伸法进行层间断裂韧性试验是可行的。

铺层拼接层合板的抗拉强度

针对复合材料结构设计中遇到含铺层拼接的层合板强度预测问题,本文设计了含铺层交错拼接区的碳/双马复合材料层合板试件,采用拉伸试验方法测定了该材料的力学性能,得到了不同拼接长度层合板的抗拉强度。试验结果表明,铺层拼接状态差异对复合材料层合板的承载能力有显著影响,文中根据试验结果建立了抗拉强度随拼接长度变化的经验公式,为复合材料层合板结构的铺层设计和强度分析提供了理论依据。

单向拼接复合材料层合板的抗拉强度研究

碳纤维增强树脂基复合材料层合板具有较高的抗拉强度,复合材料结构设计中会遇到含铺层拼接的层合板的问题,需要考虑拼接对层合板力学性能的影响。因此建立交错拼接单向层合板的力学模型,对其层间应力和承载能力进行分析,得到单向层合板拼接位置的层间应力分布和抗拉强度的解析解,并提出有效拼接长度的概念,可用于交错拼接层合板的设计。并建立不同拼接长度的交错拼接单向层合板模型,计算得到层间应力分布,并采用渐进损伤方法预测抗拉强度,解析解和有限元方法的强度预测结果均与试验结果具有较好的一致性。含交错拼接单向层合板拼接位置的层间切应力和抗拉强度决定于材料刚度、单层厚度、界面厚度和拼接长度。

含铺层拼接层合板的剪切强度

对含铺层拼接的碳纤维增强树脂基复合材料层合板进行了剪切强度实验研究。从三种不同铺层拼接角层合板上切取含缺口的剪切试件,通过实验测定了其载荷-位移曲线,得到了剪切强度值。实验结果表明,三组试件的剪切强度基本相同,即拼接层角度改变几乎不会引起层合板的剪切强度发生明显变化。采用有限元软件ABAQUS6.5对实验过程进行模拟,得到拼接层角度改变将引起拼接层中0°层出现切应力集中,但沿缺口切应力的平均值几乎不变。这也说明拼接层角度的变化几乎不影响层合板的剪切强度。

铺层拼接层合板抗拉强度研究

针对复合材料结构设计中会遇到含铺层拼接的层合板强度预测问题,设计了含铺层交错拼接区的碳/双马复合材料层合板试件,采用简单拉伸试验方法测定了该材料的力学性能,得到了不同拼接长度下层合板的抗拉强度。试验结果表明,铺层拼接状态差异将会对层合板的承载能力有显著影响。根据试验结果建立了铺层拼接层合板的抗拉强度随拼接长度变化的经验公式,可为复合材料层合板结构的铺层设计和强度分析提供理论依据。

含铺层拼接层合板的力学性能

为研究铺层拼接对复合材料层合板力学性能的影响,设计了含不同铺层拼接形式的碳/双马复合材料层合板试件。采用拉伸试验方法测定了材料力学性能,得到了不同拼接形式下层合板的拉伸强度。试验表明,含铺层拼接层合板的失效模式为层间剪切破坏和纤维断裂。建立了铺层拼接层合板的有限元模型,分析了铺层拼接对层合板应力分布和层间应力的影响。

考虑纤维实际取向和铺层拼接问题的有限元模型建立方法

针对受铺覆准则制约的复杂曲面复合材料结构铺层纤维取向变化和铺层切断及拼接问题,在ABAQUS层合模型分析的基础上,建立考虑铺层纤维实际取向和铺层拼接的有限元分析模型和算法,并采用VB编程语言开发实现。

含铺层拼接层合板的等效刚度估算

通过分析铺层纤维取向和面内变形特点,提出纤维切断铺层拼接层合板的力学性能分析方法。按单层偏轴向力学性能转换关系,推导了不同纤维方向拼接层的等效工程弹性常数计算公式,并举例说明了含铺层拼接层合板的等效刚度计算方法。

复合材料铺层拼接区的应力集中研究

讨论了树脂基复合材料的柔度和变形随纤维方向的变化规律。采用有限元法分析了不同纤维方向对铺层拼接层合板的力学性能影响,计算表明拼接区的变形复杂,应力集中显著。根据计算数据求出最大应力随纤维偏角的变化关系,通过引入应力集中系数,得到了计算铺层拼接区的最大应力表达式。

复合材料机匣整体翻边拼接结构设计与试验验证

复合材料具有密度小、力学性能优良的特点,现已成熟应用于航空发动机机匣类构件的设计。本文设计了一种带有拼接特征的机匣翻边结构,采用层内不同纤维角度铺层拼接的设计形式,通过分析确定拼接层数、拼接层位置以及拼接截面。以合理的过渡转换连接实现了对机匣整体翻边结构在不同承载区域铺层的针对性设计。对层内纤维方向变化对应力集中的影响进行了有限元数值仿真,并通过平板及翻边结构的典型件试验对设计结果进行了验证,试验表明采用拼接方式设计的翻边结构满足机匣的承载要求。

谈船舶双层多股编织缆绳眼环插接方法

双层多股编织缆绳将逐渐替代8股尼龙缆,作为一名合格的驾驶员或水手,应该了解其结构组成,掌握其眼环插接方法。

纤维增强树脂基复合材料拼接结构拉伸性能

为了解拼接结构的力学特性,更好地设计高强度的拼接结构,测试了三种含拼接结构的单向碳纤维增强环氧树脂基(CF/EP)层合板复合材料的拉伸性能,通过监测结构在拉伸过程中的形态分析其破坏特点,并利用有限元软件对不同拼接结构的拉伸过程进行模拟,分析拼接结构受拉过程中的受力特点。所有材料均采用真空辅助灌注工艺(VARTM)获得。结果表明,拼接结构的引入大大降低了CF/EP材料的拉伸强度;由于拼接位置产生明显的应力集中,结构破坏从拼接位置开始,最终破坏模式为层间破坏;拼接位置处的剪切应力和侧向拉伸应力是结构发生初始破坏的主要因素;为了尽可能避免产生拼接位置处的剪切应力和侧向拉伸应力以提高结构强度,应尽可能设计为对称结构。

含拼接铺层碳纤维增强树脂复合材料拉伸破坏机制

对于尺寸较大或形状复杂的结构,通常需要在纤维增强树脂(FRP)复合材料内部对铺层进行拼接处理。铺层拼接会在材料内部引起复杂的应力分布,具有突出的安全隐患。以同一位置处出现不同层数铺层拼接的单向碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料为研究对象,重点分析了铺层拼接对材料拉伸力学性能的影响机制。通过拉伸实验,测试了拼接对其力学强度的影响;用相机记录了破坏过程,并结合数字图像相关技术(DIC)对拼接位置附近的应变场进行了监测。利用有限元模型(FEM)模拟和分析结构的破坏机制,采用3D-Hashin准则和渐进损伤模型对CFRP复合材料铺层进行模拟;采用内聚力模型对胶层失效行为进行描述。实验结果表明,拼接结构的引入大幅降低了材料的抗拉强度。FEM模拟与实验测试结果吻合度高,说明了模型的有效性。综合实验结果和模拟分析得到,铺层拼接处产生应力集中,造成被拼接的两部分分离并伴随拼接铺层和连续铺层的层间剪切破坏;层间破坏发生后,拉伸载荷完全由连续铺层承载。因此,材料的最终承载能力由材料中连续铺层数决定。