碳/环氧树脂基织物-单向带混杂层合板开孔压缩特性研究
发布时间：2021-01-06 11:25
随着航空航天科学与技术迅猛的发展,对材料的性能提出了更高的要求。复合材料因为具有高强度、比刚度等优良性能,用于结构可以大幅度减轻结构重量,在航空航天等工程领域已经获得广泛应用,成为第四种重要且更具应用前景的结构材料。与常规单一纤维增强复合材料相比,混杂纤维复合材料是指增强纤维是由两种或两种以上纤维混杂而成的复合材料,不同种类纤维之间补短取长,相互匹配,产生协同效应,通过合理的设计可以获得质量更轻、力学性能满足要求的结构形式。这些混杂层合板在使用时,因为机械连接等结构需要,无可避免会做开孔处理,导致结构承载能力下降。因此,研究混杂层合板开孔承载特性对于复合材料层合板结构件安全设计具有重要的参考价值。本文选择对碳/环氧树脂基织物-单向带混杂层合板开孔压缩特性及湿热环境影响开展研究,主要包括两个方面:首先,通过试验,研究温湿度环境及混杂铺层比对开孔压缩强度的影响和失效方式等问题;其次,使用ABAQUS有限元分析软件模拟编织层合板与混杂铺层层合板开孔压缩过程,建立渐进损伤模型,研究复合材料孔边发生开孔压缩破坏时的损伤演化过程,从细观上研究层合板压缩损伤机理和失效模式。试验探究表明:开孔压缩破坏...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１复合材料在大型飞机中的应用??
?第２章复合材料层合板相关理论知识???初始条件??备??施如第ｒｔ步敎ＳＰｎ???????＜ｅＩ＾７？ｎｓＰｍａｘ??ｉ＾ｒ＾［??逮５靼Ｉｆ元罕衡方桴??最终失效耖荷——??计葳村料点Ｇ力．Ｅ変ｄ重新連］Ｚ?［―Ｉ??成测性能??－．Ｈ?▲柬－１?ｌ，＾Ｌ－上￣＾?＾??图２．３渐进损伤分析流程??上图即为渐进损伤分析的一般方法：所加荷载划分为多个荷载增量步，逐??级依次加载，对层合板建立多个有限元方程，求解每层单元应力－应变状态，与??材料失效准则进行对比，判别单元是否失效，如果发生失效，依据选定的材料??退化方案，将材料属性刚度折减。而后继续循环分析过程，直至材料不出现新??损伤，继续加载，至层合板最终失效。??２．４本章小节??（１）层合板经典力学理论：复合材料层合板作为各向异性材料，其本构模??型，单层板的强度，应力－应变关系以及经典层合板理论，为后文碳／环氧树脂基??织物－单向带混杂层合板开孔压缩特性研宄提供了理论基矗??（２）材料失效判据，主要包括：最大应力准则与最大应变准则、Ｔｓａｉ－Ｈｉｌｌ理??论、Ｈｏｆｆｍａｎ失效判据、蔡－吴（Ｔｓａｉ－Ｗｕ）张量理论、Ｃｈａｎｇ?ＦＫ失效准则、Ｈａｓｈｉｎ??失效准则、Ｐｕｃｋ失效准则等，其中本文选取的材料失效判据为Ｈａｓｈｉｎ－Ｐｕｃｋ失效??２２??
?第３章室温干态复合材料开孔压缩特性研宄???［４５／〇３／－４５／〇３／４５／〇２／９０］］ｓ?Ｍ３－Ｈ４?１８??混杂层合板?［４５／２３／（－４５／Ｑ／４５／？２／丽］ｓ?Ｍ３－Ｈ５?１８??［４５／〇３／－４５／〇２／４５／－４５／４５Ｍ］ｓ?Ｍ３－Ｈ６?１８??注：标记有下划线的铺层为单向带Ｔ７００Ｇ－１２Ｋ－３１Ｅ／＃２５１０，其他未标记下划??线的铺层都是织物Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ－５０Ｃ／＃２５１０。织物单层厚０．２１７＿，单向带单层厚??０．１５０ｍｍ〇??试件尺寸如图３．１和图３．２所示：???３００???Ｊ?０６??３６?１???ｉｅ｜?＾?ｉｓｏ?Ｊ??图３．１试件正面尺寸??ｒＰ＂＂＂??图３．２试件侧面尺寸??对于不同的铺层，其厚度不同，厚度均值如表３．３所示：??铺层?Ｍ１－Ｈ４?Ｍ１－Ｈ５?Ｍ１－Ｈ６??厚度（ｄ）／ｍｍ?４．３４?３．４７?３．４８??表３．３不同铺层的厚度均值??铺层?Ｍ３－Ｈ４?Ｍ３－Ｈ５?Ｍ３－Ｈ６??厚度（ｄ）／ｍｍ?３．９４?４．４９?３．８９??３．?２．２试验环境??试验涉及到的环境如表：３．４所示：??表３．４试验环境??２５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维复合材料开孔层合板压缩损伤预测和模型比较[J]. 唐荆,陈啸,杨科. 玻璃钢/复合材料. 2019(10)
[2]Z-pin增强复合材料开孔层合板压缩性能[J]. 孙一凡,李勇,还大军,刘洪全,杨潇. 航空动力学报. 2019(04)
[3]基于Puck理论的复合材料层合板横向剪切失效分析[J]. 贾利勇,廖斌斌,于龙,贾欲明,李苗. 复合材料学报. 2019(10)
[4]湿热环境下复合材料层板拉-压性能[J]. 许良,费昺强,马少华,回丽,黄国栋. 材料工程. 2018(03)
[5]湿热老化对PBO/T700层间混杂复合材料力学性能的影响[J]. 张承双,沈明,崔霞,王健. 合成材料老化与应用. 2017(04)
[6]基于三维应变渐进损伤准则的复合材料层合板大开孔压缩损伤研究[J]. 李泽江,郑锡涛. 科学技术与工程. 2017(17)
[7]湿热环境下开孔复合材料层合板的强度[J]. 姚宇超,许希武,毛春见. 材料科学与工程学报. 2015(03)
[8]基于应变不变量失效理论的碳纤维增强树脂基复合材料层合板开孔结构压缩损伤模拟[J]. 卢少娟. 复合材料学报. 2015(06)
[9]Z-pin点阵分布对层合板面内压缩性能的影响[J]. 张向阳,李勇,褚奇奕,肖军,董晓阳. 航空学报. 2014(01)
[10]高温下开孔复合材料层合板压缩试验及有限元分析[J]. 欧阳林辉,霍世慧,汪帮耀. 航空制造技术. 2013(08)
博士论文
[1]含低速冲击损伤复合材料层板剩余强度及疲劳性能研究[D]. 朱炜垚.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]弯曲载荷下复合材料帽形接头的设计及优化分析[D]. 贾银磊.哈尔滨工业大学 2019
[2]复合材料层合板低速冲击载荷下失效模式及剩余强度研究[D]. 哈雯.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于ABAQUS复合材料层合板渐进损伤有限元分析[D]. 施建伟.中北大学 2015
[4]湿热环境下复合材料层合板的挤压性能[D]. 陈通文.南昌大学 2014
[5]基于内聚力单元的层合板低速冲击响应模拟研究[D]. 陈县辉.中北大学 2014
[6]动力学参数对复合材料层压板低速冲击损伤特性的影响研究[D]. 陈亚军.上海交通大学 2012
本文编号：2960483
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１复合材料在大型飞机中的应用??
?第２章复合材料层合板相关理论知识???初始条件??备??施如第ｒｔ步敎ＳＰｎ???????＜ｅＩ＾７？ｎｓＰｍａｘ??ｉ＾ｒ＾［??逮５靼Ｉｆ元罕衡方桴??最终失效耖荷——??计葳村料点Ｇ力．Ｅ変ｄ重新連］Ｚ?［―Ｉ??成测性能??－．Ｈ?▲柬－１?ｌ，＾Ｌ－上￣＾?＾??图２．３渐进损伤分析流程??上图即为渐进损伤分析的一般方法：所加荷载划分为多个荷载增量步，逐??级依次加载，对层合板建立多个有限元方程，求解每层单元应力－应变状态，与??材料失效准则进行对比，判别单元是否失效，如果发生失效，依据选定的材料??退化方案，将材料属性刚度折减。而后继续循环分析过程，直至材料不出现新??损伤，继续加载，至层合板最终失效。??２．４本章小节??（１）层合板经典力学理论：复合材料层合板作为各向异性材料，其本构模??型，单层板的强度，应力－应变关系以及经典层合板理论，为后文碳／环氧树脂基??织物－单向带混杂层合板开孔压缩特性研宄提供了理论基矗??（２）材料失效判据，主要包括：最大应力准则与最大应变准则、Ｔｓａｉ－Ｈｉｌｌ理??论、Ｈｏｆｆｍａｎ失效判据、蔡－吴（Ｔｓａｉ－Ｗｕ）张量理论、Ｃｈａｎｇ?ＦＫ失效准则、Ｈａｓｈｉｎ??失效准则、Ｐｕｃｋ失效准则等，其中本文选取的材料失效判据为Ｈａｓｈｉｎ－Ｐｕｃｋ失效??２２??
?第３章室温干态复合材料开孔压缩特性研宄???［４５／〇３／－４５／〇３／４５／〇２／９０］］ｓ?Ｍ３－Ｈ４?１８??混杂层合板?［４５／２３／（－４５／Ｑ／４５／？２／丽］ｓ?Ｍ３－Ｈ５?１８??［４５／〇３／－４５／〇２／４５／－４５／４５Ｍ］ｓ?Ｍ３－Ｈ６?１８??注：标记有下划线的铺层为单向带Ｔ７００Ｇ－１２Ｋ－３１Ｅ／＃２５１０，其他未标记下划??线的铺层都是织物Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ－５０Ｃ／＃２５１０。织物单层厚０．２１７＿，单向带单层厚??０．１５０ｍｍ〇??试件尺寸如图３．１和图３．２所示：???３００???Ｊ?０６??３６?１???ｉｅ｜?＾?ｉｓｏ?Ｊ??图３．１试件正面尺寸??ｒＰ＂＂＂??图３．２试件侧面尺寸??对于不同的铺层，其厚度不同，厚度均值如表３．３所示：??铺层?Ｍ１－Ｈ４?Ｍ１－Ｈ５?Ｍ１－Ｈ６??厚度（ｄ）／ｍｍ?４．３４?３．４７?３．４８??表３．３不同铺层的厚度均值??铺层?Ｍ３－Ｈ４?Ｍ３－Ｈ５?Ｍ３－Ｈ６??厚度（ｄ）／ｍｍ?３．９４?４．４９?３．８９??３．?２．２试验环境??试验涉及到的环境如表：３．４所示：??表３．４试验环境??２５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维复合材料开孔层合板压缩损伤预测和模型比较[J]. 唐荆,陈啸,杨科. 玻璃钢/复合材料. 2019(10)
[2]Z-pin增强复合材料开孔层合板压缩性能[J]. 孙一凡,李勇,还大军,刘洪全,杨潇. 航空动力学报. 2019(04)
[3]基于Puck理论的复合材料层合板横向剪切失效分析[J]. 贾利勇,廖斌斌,于龙,贾欲明,李苗. 复合材料学报. 2019(10)
[4]湿热环境下复合材料层板拉-压性能[J]. 许良,费昺强,马少华,回丽,黄国栋. 材料工程. 2018(03)
[5]湿热老化对PBO/T700层间混杂复合材料力学性能的影响[J]. 张承双,沈明,崔霞,王健. 合成材料老化与应用. 2017(04)
[6]基于三维应变渐进损伤准则的复合材料层合板大开孔压缩损伤研究[J]. 李泽江,郑锡涛. 科学技术与工程. 2017(17)
[7]湿热环境下开孔复合材料层合板的强度[J]. 姚宇超,许希武,毛春见. 材料科学与工程学报. 2015(03)
[8]基于应变不变量失效理论的碳纤维增强树脂基复合材料层合板开孔结构压缩损伤模拟[J]. 卢少娟. 复合材料学报. 2015(06)
[9]Z-pin点阵分布对层合板面内压缩性能的影响[J]. 张向阳,李勇,褚奇奕,肖军,董晓阳. 航空学报. 2014(01)
[10]高温下开孔复合材料层合板压缩试验及有限元分析[J]. 欧阳林辉,霍世慧,汪帮耀. 航空制造技术. 2013(08)
博士论文
[1]含低速冲击损伤复合材料层板剩余强度及疲劳性能研究[D]. 朱炜垚.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]弯曲载荷下复合材料帽形接头的设计及优化分析[D]. 贾银磊.哈尔滨工业大学 2019
[2]复合材料层合板低速冲击载荷下失效模式及剩余强度研究[D]. 哈雯.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于ABAQUS复合材料层合板渐进损伤有限元分析[D]. 施建伟.中北大学 2015
[4]湿热环境下复合材料层合板的挤压性能[D]. 陈通文.南昌大学 2014
[5]基于内聚力单元的层合板低速冲击响应模拟研究[D]. 陈县辉.中北大学 2014
[6]动力学参数对复合材料层压板低速冲击损伤特性的影响研究[D]. 陈亚军.上海交通大学 2012
本文编号：2960483
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