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(shí)需要考慮的工程問題。三維編織復(fù)合材料相對(duì)于傳統(tǒng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的損傷容限性能。首先對(duì)含缺陷前后三維(3D)編織復(fù)合材料的拉伸性能進(jìn)行試驗(yàn)研究,并通過FGM(fabric geometry model)對(duì)其他方向材料性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。然后基于Abaqus有限元對(duì)開孔后孔周邊應(yīng)力分布進(jìn)行分析,并和Lekhnitskii理論進(jìn)行了對(duì)比,同時(shí)對(duì)沿孔垂直于在載荷方向應(yīng)力分布進(jìn)行了觀察。分別基于傳統(tǒng)平均應(yīng)力準(zhǔn)則和點(diǎn)應(yīng)力準(zhǔn)則以及基于不同失效準(zhǔn)則的漸進(jìn)失效理論對(duì)含開孔三維編織復(fù)合材料強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè),并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,點(diǎn)應(yīng)力準(zhǔn)則可以很好的預(yù)測(cè)3D編織復(fù)合材料含缺陷拉伸強(qiáng)度,而漸進(jìn)失效分析可以模擬拉伸過程中的損傷起始,損傷擴(kuò)展和最終破壞模式。

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【部分圖文】：

圖1 三維編織復(fù)合材料預(yù)制件

試驗(yàn)件采用HEXCELAS4-6K碳纖維作為增強(qiáng)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(jī)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)....

圖2 試件尺寸和幾何形狀

根據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)復(fù)合材料壓縮性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTMD3039[18]和復(fù)合材料含開孔壓縮性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTMD5766[19]制備標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件,無缺陷和含缺陷試驗(yàn)件的尺寸分別如圖2a)和2b)所示,實(shí)際試件如圖2c)和2d)所示。對(duì)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(qiáng)度預(yù)測(cè)模型

圖4 孔周邊應(yīng)力分析

在層合板開孔板拉伸強(qiáng)度預(yù)測(cè)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(diǎn)應(yīng)力失效準(zhǔn)則(PSC)和平均應(yīng)力失效準(zhǔn)則(ASC),由于便于實(shí)施,雖然預(yù)測(cè)的強(qiáng)度一般小于實(shí)際的承載能力,但是在層合板強(qiáng)度預(yù)測(cè)中應(yīng)用廣泛。此處采用這2種準(zhǔn)則對(duì)開孔....

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