单层编织增强复合材料力学特性计算

发布时间：2022-02-09 07:03

　　单层编织增强复合材料具有优异的比强度、比刚度和变形特性,逐渐被应用于空间可展结构。其一般采用薄壳形式,应用基于均匀化ABD刚度矩阵的壳体理论可提高结构计算效率。对于非对称编织增强物,如按经典复合材料理论计算,中性面偏移会导致不准确的耦合效应。本文提出了一种基于单胞模型的多尺度方法,通过确定中性面并施加周期边界条件,计算任意单层编织复合材料的ABD刚度矩阵和模量值。对比试验验证了方法的准确性,预测了平纹、破斜纹1/3、斜纹1/3编织增强复合材料刚度及模量随编织密度的变化趋势,给出了单胞的合理应变分布。 

【文章来源】：上海航天(中英文). 2020,37(04)CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

单胞模型构成

因边界反力和反力矩都施加在参考点上，参考点在厚度方向不同的位置将会产生不同的计算结果。对于平纹编织的对称编织物，材料中性面与中间面重合，参考点位于厚度方向的中心。非对称增强织物往往导致沿厚度方向较大的非均匀性，中性面与合力中心偏离于中间面。容易证明当参考点依然位于中间面时，会导致不合理的耦合弯矩。如图3所示，若参考点位于中间面上，复合材料处于周期拉伸变形，横截面上积分计算得到的合力矩不等于零，需要附加不合理的耦合弯矩来平衡。实际上薄壁复合材料的横截面在拉伸受力状态下是协调受力，面内合力位于中性面上，耦合效应微小。图3 非对称编织增强复合材料中性面偏移示意图

图2 单胞模型参考点布置非对称编织材料不能由几何方法确定中性平面位置，采用两步计算方法：首先将参考点置于中间平面上，在参考点上施加周期拉伸边界条件实现单向平面内变形。根据边界反力F和反力矩M计算垂直偏移距离L=M/F。当参考点偏移后位于中性平面上时，能够降低不合理的耦合效应。非对称编织结构在两个编织方向的中性平面不重合，相邻面经、纬向的参考点位于不同的竖向位置（见图2）。


本文编号：3616572