T型接头蒙皮厚度对Z-pin增强效果的影响

在关于拉脱载荷下Z-pin增强T型接头的有限元模拟方法基础上,通过对2组蒙皮厚度分别为7.2 mm和4.0 mm的试验件的试验结果进行分析,研究了T型接头蒙皮厚度对Z-pin增强效果的影响。结果表明:Z-pin增强效果随着蒙皮厚度的减小而增大。蒙皮厚度大于5 mm,Z-pin不能提高结构的最大承载能力,但可显著提高结构首次掉载后的承载性能,使T型接头在较大的加载位移下仍保持较高的承载能力;无论蒙皮厚薄,结构首次掉载后,各Z-pin增强T型接头可达到的载荷平台是相当的,且该载荷平台随蒙皮的变厚有降低的趋势。      

复合材料整体化结构胶合面的出平面应力问题

复合材料共固化/共胶接/二次胶接(co-cured/co-bonded/secondary bonding)整体成型技术是最基本、最常用的复合材料整体化成型技术。在整体化结构受载承力后,若在胶合面处局部出现显著的出平面正拉应力,则极易发生局部的胶层脱粘破坏,这种由设计载荷引起的脱层损伤将对结构安全构成显著威胁。由于此类胶合面为非典型胶接面,容易为人忽视。本文就有关概念、致出平面应力的主要因素及其对出平面应力的影响规律进行了研究,表明:局部刚度突变、局部施压是致出平面应力的主要因素,胶膜性能参数、几何参数等对出平面应力的大小也有显著影响。     

Z-pin/缝合对复合材料T型接头剪切承载能力的影响

利用三维有限元模型对Z-pin/缝合增强试验件进行有限元分析,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况,通过在分层的上下界面加入非线性弹簧元来模拟Z-pin/缝合的增强机制,非线性弹簧元的力学性能（桥联律）由细观力学方法获得。通过与试验结果的对比发现,由于未进行界面增强的T型结构的剪切承载能力已较高,Z-pin/缝合增强较难提高T型接头的剪切承载能力。从少数几种可提高T型接头的剪切承载能力的增强方案中可看到,应选择拉伸强度较高而拉伸模量较低的缝线来进行T型接头剪切界面增强设计。     

碳纤维复丝压缩性能测试方法

为准确测试碳纤维(CF)的压缩性能,针对浸胶固化的碳纤维复丝,设计了制样方法和测试夹具,建立了碳纤维复丝压缩性能测试方法。采用所建立方法对东丽T700SC等碳纤维进行压缩性能测试,研究了制样条件、测试条件及材料种类对碳纤维复丝压缩强度及破坏模式的影响,考察因素主要包括复丝胶含量、复丝浸胶固化的张力、预加载、测试段长度及树脂基体和纤维种类。结果表明:所建立的方法操作简单,测试结果分散性小;除预加载以外,所考察因素对测试过程及结果具有明显影响;当试样含胶量为30%~35%(树脂质量百分含量)、复丝浸胶的张力为10~15N、测试段长度为1.5mm时,环氧树脂浸渍固化的T700SC碳纤维复丝压缩强度测试结果最高,优化的测试条件对所考察的其他种类碳纤维复丝的压缩强度测试也适用;树脂的种类对复丝压缩强度有显著影响。     

Z-pin参数对复合材料T型接头拉脱承载能力的影响

利用二维平面应变模型对Z-pin增强T型接头试样进行失效分析,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况,通过在分层的上下界面加入非线性弹簧元模拟Z-pin的增强作用,非线性弹簧元的力学性能(桥联律)由细观力学方法获得,数值结果与试验值吻合较好。在已验证有限元方法的基础上,研究了Z-pin直径、密度及植入角度等对T型接头拉脱承载能力的影响。结果表明:Z-pin增强可显著提高T型接头的拉脱承载能力,与未Z-pin增强的T型接头相比,Z-pin增强明显延缓了掉载;T型接头的拉脱承载能力随Z-pin直径和密度的增加而增大,随植入角度的增大而减小;在所研究的角度范围内,当植入角度为60°时,T型接头的拉脱承载能力最好;Z-pin直径和密度对拉脱承载能力的影响远比植入角度的影响显著。     

缝合参数对复合材料T型接头拉脱承载能力的影响

利用二维平面应变模型对缝合增强试验件进行失效分析,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况,通过在分层的上下界面加入非线性弹簧元来模拟缝线的增强作用,非线性弹簧元的力学性能(桥联律)由细观力学方法获得。有限元分析结果与试验值吻合较好。在此基础上,对缘条区的缝合增强进行缝线的材料、直径和缝合密度的参数化分析,研究各参数对T型接头拉脱承载能力的影响。结果表明:缝合可显著提高T型接头的拉脱承载能力,同时能使其在较大的加载位移下仍保持较高的承载性能。T型接头的拉脱承载能力随缝线直径和缝合密度的增大而增大,且直径和密度的影响显著。缝线的拉伸强度是影响缝线性能最主要的因素, T型接头的拉脱强度随缝线拉伸强度的升高而升高。T型接头的拉脱强度随缝线拉伸模量的降低而升高,但拉伸模量的影响较拉伸强度的影响小。