縫紉復合材料層合板面內力學性能研究.pdf

1、縫紉復合材料作為一種新型復合材料以其優(yōu)良的層間力學性能和較低的制造成本，在航天和航空領域具有很好的應用前景。但是在縫紉過程中也造成面內的局部損傷，這些損傷都會有意無意地對面內力學性能產生不同程度的影響。為了從理論上研究縫紉對復合材料層合板面內力學性能的影響，建立了纖維彎曲模型(FDM)，并且分析了縫紉參數(shù)和幾何參數(shù)對層合板等效模量和拉伸強度的影響。 從縫紉孔附近纖維變形的細觀結構出發(fā)，建立的纖維彎曲模型，以面內纖維的彎曲變形作

2、為縫紉影響層合板面內力學性能的主要原因，同時考慮了纖維變形區(qū)、厚度增強區(qū)以及樹脂富集區(qū)的影響，得到單向板內任意一點處的纖維偏轉角和纖維體積百分含量。由細觀力學的知識得到單層板的剛度，不同鋪層的剛度經過坐標旋轉后進行疊加得到層合板的剛度。纖維彎曲模型(FDM)只有兩個幾何參數(shù)(最大纖維偏轉角θ0和變形區(qū)寬度S)需要由實驗確定。 采用纖維彎曲模型分析了縫紉復合材料單層在縫紉孔附近的最大纖維偏轉角、縫紉影響區(qū)以及縫紉復合材料單層及層

3、合板工程常數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)工程常數(shù)具有很明顯的區(qū)域性，能夠看出各層中樹脂富集區(qū)的痕跡。研究了不同的最大纖維偏轉角和變形區(qū)寬度對層合板彈性常數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著θ0和S的增加縱向彈性模量和面內剪切模量逐漸降低，橫向彈性模量和主泊松比變化不明顯。 建立了二維的有限元分析模型，研究了縫紉參數(shù)(縫紉針距、縫紉行距以及縫紉線直徑)和幾何參數(shù)(最大纖維偏轉角和縫紉變形區(qū)寬度)對縫紉復合材料層合板面內等效模量和拉伸強度的影響。研究結果表明：隨著