由缺陷引起的應(yīng)力集中是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件使用時需要考慮的工程問題。三維編織復(fù)合材料相對于傳統(tǒng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的損傷容限性能。首先對含缺陷前后三維(3D)編織復(fù)合材料的拉伸性能進行試驗研究,并通過FGM(fabric geometry model)對其他方向材料性能進行預(yù)測。然后基于Abaqus有限元對開孔后孔周邊應(yīng)力分布進行分析,并和Lekhnitskii理論進行了對比,同時對沿孔垂直于在載荷方向應(yīng)力分布進行了觀察。分別基于傳統(tǒng)平均應(yīng)力準則和點應(yīng)力準則以及基于不同失效準則的漸進失效理論對含開孔三維編織復(fù)合材料強度進行預(yù)測,并與試驗結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明,點應(yīng)力準則可以很好的預(yù)測3D編織復(fù)合材料含缺陷拉伸強度,而漸進失效分析可以模擬拉伸過程中的損傷起始,損傷擴展和最終破壞模式。

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圖1 三維編織復(fù)合材料預(yù)制件

試驗件采用HEXCELAS4-6K碳纖維作為增強材料,WESTSYSTEM105系列環(huán)氧樹脂作為基體材料。預(yù)制件為基本編織結(jié)構(gòu)(三維四向),在四步法(1×1)三維編織機加工完成預(yù)制件,預(yù)制件如圖1所示。3D編織復(fù)合材料的制備采用RTM工藝(樹脂傳遞成型)。根據(jù)美國標準協(xié)會....

圖2 試件尺寸和幾何形狀

根據(jù)美國標準協(xié)會復(fù)合材料壓縮性能測試標準ASTMD3039[18]和復(fù)合材料含開孔壓縮性能測試標準ASTMD5766[19]制備標準試驗件,無缺陷和含缺陷試驗件的尺寸分別如圖2a)和2b)所示,實際試件如圖2c)和2d)所示。對于無缺陷試件,在加持端由于應(yīng)力集中容易造成試件斷....

圖3 試件斷裂形態(tài)

表13D編織復(fù)合材料拉伸性能三維編織試件Ex/GPaσxU/MPaεxU/%無缺陷72.32±2.51279.41±801.76±0.12缺陷951.32±451.3±0.142開孔三維編織復(fù)合材料強度預(yù)測模型

圖4 孔周邊應(yīng)力分析

在層合板開孔板拉伸強度預(yù)測研究方面,研究方法主要有孔邊應(yīng)力法和逐漸損傷分析方法。而Whitney等[20-21]提出的點應(yīng)力失效準則(PSC)和平均應(yīng)力失效準則(ASC),由于便于實施,雖然預(yù)測的強度一般小于實際的承載能力,但是在層合板強度預(yù)測中應(yīng)用廣泛。此處采用這2種準則對開孔....

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