縫紉復(fù)合材料層合板面內(nèi)力學(xué)性能研究.pdf

1、縫紉復(fù)合材料作為一種新型復(fù)合材料以其優(yōu)良的層間力學(xué)性能和較低的制造成本，在航天和航空領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。但是在縫紉過程中也造成面內(nèi)的局部損傷，這些損傷都會有意無意地對面內(nèi)力學(xué)性能產(chǎn)生不同程度的影響。為了從理論上研究縫紉對復(fù)合材料層合板面內(nèi)力學(xué)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(qiáng)度的影響。 從縫紉孔附近纖維變形的細(xì)觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立的纖維彎曲模型，以面內(nèi)纖維的彎曲變形作

2、為縫紉影響層合板面內(nèi)力學(xué)性能的主要原因，同時考慮了纖維變形區(qū)、厚度增強(qiáng)區(qū)以及樹脂富集區(qū)的影響，得到單向板內(nèi)任意一點(diǎn)處的纖維偏轉(zhuǎn)角和纖維體積百分含量。由細(xì)觀力學(xué)的知識得到單層板的剛度，不同鋪層的剛度經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)后進(jìn)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(zhuǎn)角θ0和變形區(qū)寬度S)需要由實(shí)驗(yàn)確定。 采用纖維彎曲模型分析了縫紉復(fù)合材料單層在縫紉孔附近的最大纖維偏轉(zhuǎn)角、縫紉影響區(qū)以及縫紉復(fù)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(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)角和縫紉變形區(qū)寬度)對縫紉復(fù)合材料層合板面內(nèi)等效模量和拉伸強(qiáng)度的影響。研究結(jié)果表明：隨著