层合复合材料z-pinning增强技术的力学进展

z-pinning技术是自20世纪90年代中期发展起来的一种增强层合复合材料层间韧性的新技术。此项技术通过在层合板内嵌入体分比小于5%的z-pin,能使层合板的Ⅰ型层间断裂韧性提高十几倍,减少50%由低能量冲击所产生的层间分层,并且只造成层合板面内拉压强度的少量退化或不退化。同时,z-pinning技术较之其他层间增强技术,如编织、纺织和缝合技术等,又具有易于加工,且便于控制工艺质量等优点。因此,这一技术在近年来逐渐受到重视,并在一些航空、航天复合材料结构中得到了应用。简要介绍了z-pinning技术的工艺特点,重点综述这一领域细观力学模型与实验测试等力学分析工作的最新进展,并对准确评估z-pin力学行为的研究工作进行了展望。

Z-pins几何分布对其增强复合材料双悬臂梁Ⅰ型层间韧性的影响

复合材料Z-pinning增强技术通过在层合板内嵌入体分比小于5%的Z-pins,能大幅度提高层合板的层间断裂韧性,减少因低能量冲击所产生的分层损伤。本文作者基于细观力学模型,构造了相应的Z-pin单元;结合梁单元,建立了用于分析含Z-pins的双悬臂梁(Double cantilever beam,DCB)的有限元模型;在分层裂纹面上引入接触单元以防止分析过程中2个分层子梁在分层前缘处的相互嵌入。通过数值算例分析了Z-pins对层间韧性增强效果的影响及其原因。数值计算结果表明,Z-pins的几何分布对其增强层间韧性的影响相对较小。