孙先念
,
刘书田
复合材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2007.03.029
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.
关键词:
Z-pinning
,
复合材料
,
双悬臂梁
,
层间韧性
孙先念
,
刘书田
复合材料学报
假设纤维Z-pins的桥联力与嵌入厚度成正比,建立适于非对称分层(分层位于层合板厚度方向上的任意位置)的Z-pin细观力学模型并构造相应的Z-pin单元,结合考虑一阶剪切变形的梁单元,建立了用于分析含浅部分层采用Z-pins增韧的双悬臂梁(Double cantilever beam,DCB)有限元模型,并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对含非对称分层的DCB试件Ⅰ型层间韧性的增强作用.参数分析表明,当分层位置靠近层合板的表面时,Z-pins的增韧作用明显下降,其较薄分层子层的厚度是决定Z-pins对Ⅰ型层间韧性增强效果的关键参数.
关键词:
Z-pins
,
双悬臂梁
,
Ⅰ型层间韧性
,
复合材料
孙先念
,
刘书田
复合材料学报
利用纤维Z-pins的细观力学模型构造了相应的Z-pin单元,结合考虑一阶剪切变形的梁单元,建立了用于分析含非对称分层采用Z-pins增韧的端部开口弯曲试件(End notched flexure,ENF)的有限元模型,并在分层裂纹面上引入接触单元以防止分析过程中2个分层子梁在端部开口处的相互嵌入.通过数值算例分析了Z-pins对含非对称分层的ENF试件Ⅱ型层间韧性的增强作用.参数分析表明,当分层位置靠近层合板的表面时,Z-pins的增韧作用明显下降,Z-pins对Ⅱ型层间韧性的增强作用主要由2个分层子层中较薄子层决定,但另一分层的厚度也对Ⅱ型层间韧性有一定的影响.
关键词:
Z-pinst端部开口弯曲试件
,
Ⅱ型层间韧性
,
复合材料
郭绍伟
,
张永存
,
宋恩鹏
,
孙先念
,
徐雅楠
,
刘书田
复合材料学报
针对具有典型铺设角[0/45/-45/90]的开孔碳纤维层合板,采用三维有限元数值模拟方法,分析了在单向拉伸载荷作用下孔边附近的层间应力,讨论了界面层参数对层间应力的影响,详细给出了典型铺设角之间层间应力的分布规律和最大层间应力产生的位置。结果表明：对于相同铺设角的界面层,沿厚度方向的位置影响层间应力的大小,但不影响分布趋势;而铺层顺序（如[角度1/角度2]或[角度2/角度1]）对层间应力的大小和分布趋势影响则较小。最大层间正应力产生于[-45/90]的界面层,位于与拉伸方向成90°的位置,是外加拉伸应力的51%;最大层间剪应力产生于[-45/0]的界面层,最大层间环向剪应力位于与拉伸方向成74°的位置,是外加拉伸应力的64%;而最大层间径向剪应力位于与拉伸方向成66°的位置,是外加拉伸应力的25%。
关键词:
典型铺设角
,
开孔层合板
,
层间应力
,
自由边效应
,
界面层参数
