Z-pin增强碳纤维/树脂基复合材料黏结结构Ⅰ+Ⅱ型混合断裂韧性研究

发布时间：2023-08-13 18:58

　　Z-pin增强技术是在层合板厚度方向植入金属棒或者碳纤维棒以提升复合材料层间断裂韧性,增强抗分层能力的复合材料增强技术,由于其成本低,增强效果好,受到国内外专家重视。在工程实际中复合材料结构的分层往往是I+II型断裂形式共同存在下的混合断裂模式,因此研究Z-pin增强复合材料I+II型混合断裂韧性并分析在混合断裂模式下Z-pin的增强机理有十分重要的工程意义。通过DCB试验与ENF试验分别研究了碳纤维树脂基复合材料层合板层间I型断裂韧性与II型断裂韧性。对Z-pin增强碳纤维树脂基复合材料黏结结构进行了三点弯曲试验,分析了不同Z-pin直径及单位宽度不同Z-pin植入数量对复合材料黏结头断裂韧性的影响。试验结果表明:(1)脱胶失效过程由I型断裂主导控制但同时含有II型断裂,Z-pin的破坏以拔出为主。(2)增加Z-pin直径或者增加单位宽度上Z-pin的植入数量都可以提高黏结头开裂过程中黏结头处的I+II型混合断裂韧性。(3)裂纹扩展过程中的能量消耗主要是黏结界面的脱胶以及Z-pin的弹性变形以及摩擦滑移。结合试验,建立有限元模型,使用实体单元建立Z-pin,采用内聚力单元模拟黏结界面...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 碳纤维增强树脂基复合材料及其应用
        1.1.1 碳纤维增强树脂基复合材料特性
        1.1.2 碳纤维增强树脂基复合材料的应用
    1.2 碳纤维增强树脂基复合材料增强技术
        1.2.1 三维编织技术
        1.2.2 缝合技术
        1.2.3 层间颗粒增强技术
        1.2.4 Z-pin增韧技术
    1.3 Z-pin增强技术的国内外研究现状
    1.4 本文的研究意义及内容
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 研究内容
2 断裂韧性试验研究
    2.1 引言
    2.2 复合材料层合板层间断裂韧性试验方法
        2.2.1 复合材料层合板I型层间断裂韧性试验方法
        2.2.2 复合材料层合板II型层间断裂韧性试验方法
        2.2.3 Z-pin增强复合材料黏结结构I+II型混合断裂韧性试验方法
    2.3 复合材料层合板层间I型断裂韧性试验
        2.3.1 试验过程
        2.3.2 试验结果与讨论
    2.4 复合材料层合板层间II型断裂韧性试验
        2.4.1 试验过程
        2.4.2 试验结果及讨论
    2.5 Z-pin增强复合材料黏结结构I+II型断裂韧性试验
        2.5.1 试验过程
        2.5.2 试验结果与讨论
    2.6 本章小结
3 有限元基本理论
    3.1 引言
    3.2 Z-pin桥牵机理
    3.3 cohesive单元
    3.4 内聚力单元离散方程
    3.5 内聚力单元本构方程
        3.5.1 线性软化模型
        3.5.2 指数软化模型
    3.6 摩擦模型
    3.7 本章小结
4 Z-pin增强复合材料黏结结构I+II型断裂韧性有限元模拟
    4.1 引言
    4.2 三点弯曲试验有限元计算模型
        4.2.1 模型几何尺寸及材料参数
        4.2.2 有限元模型建立
    4.3 有限元模型计算验证
    4.4 植入Z-pin对黏结结构I+II型混合断裂韧性的影响
    4.5 不同Z-pin间距S对黏结结构I+II型混合断裂韧性的影响
    4.6 不同初始裂纹长度对黏结结构I+II型混合断裂韧性的影响
    4.7 本章小结
5 结论与展望
    5.1 本文的主要结论
    5.2 后续工作及展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的科研成果



本文编号：3841757