基于VAT技術(shù)的復(fù)合材料開(kāi)孔層合板膠接補(bǔ)強(qiáng)研究.pdf

1、纖維變角度牽引鋪縫技術(shù)（Variable Angle Tow Placement，VAT）通過(guò)控制纖維的取向?qū)崿F(xiàn)單層內(nèi)的纖維鋪放角度連續(xù)變化，制備變剛度復(fù)合材料，具有提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能、降低重量、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。目前，VAT技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、化工機(jī)械、土木建筑等領(lǐng)域。本文通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出膠接補(bǔ)強(qiáng)用膠黏劑，在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)展了基于VAT技術(shù)的復(fù)合材料開(kāi)孔層合板膠接補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)研究。研究了補(bǔ)強(qiáng)片的形式、補(bǔ)強(qiáng)方式、補(bǔ)強(qiáng)片厚度和

2、大小等因素對(duì)膠接補(bǔ)強(qiáng)性能的影響。建立有限元模型，對(duì)比分析了未補(bǔ)強(qiáng)和補(bǔ)強(qiáng)層合板的應(yīng)力分布，對(duì)膠接補(bǔ)強(qiáng)層合板進(jìn)行了漸進(jìn)失效分析，進(jìn)一步揭示了膠接補(bǔ)強(qiáng)的失效機(jī)理。本文的研究工作為復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)探索了新的路徑，對(duì)推進(jìn)VAT技術(shù)在復(fù)合材料膠接補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)比研究了AB膠、J-200、J-294和A140膠黏劑的操作使用性能，發(fā)現(xiàn) J-294膠的適用期適中，固化時(shí)間較短，施膠容易，具有較好的操作

3、使用性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了四種膠黏劑的拉剪強(qiáng)度和膠接補(bǔ)強(qiáng)性能，J-294膠具有最高的拉剪強(qiáng)度和最佳補(bǔ)強(qiáng)性能，其破壞試樣的失效模式和微觀形貌分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。⑵根據(jù)復(fù)合材料開(kāi)孔層合板在單向拉伸載荷作用下的主應(yīng)力分布，設(shè)計(jì)和制備了環(huán)形VAT補(bǔ)強(qiáng)片和橢圓形VAT補(bǔ)強(qiáng)片。研究了補(bǔ)強(qiáng)片形式、補(bǔ)強(qiáng)方式、補(bǔ)強(qiáng)片厚度和大小等對(duì)補(bǔ)強(qiáng)效果的影響。相對(duì)于平紋補(bǔ)強(qiáng)片，VAT補(bǔ)強(qiáng)片的連續(xù)纖維軌跡與母板主應(yīng)力接近，具有更高的承載能力和更好的補(bǔ)強(qiáng)效果。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)

4、補(bǔ)強(qiáng)片大小存在一最佳范圍，對(duì)于環(huán)形VAT補(bǔ)強(qiáng)片，補(bǔ)強(qiáng)片外半徑和開(kāi)孔半徑的比值 R/r在2.75~3.75之間時(shí)，綜合補(bǔ)強(qiáng)效果最好；對(duì)于橢圓形VAT補(bǔ)強(qiáng)片，補(bǔ)強(qiáng)片的短半軸與開(kāi)孔半徑的比值B/r在2.25~3.25之間時(shí)，綜合補(bǔ)強(qiáng)效果最好。⑶采用ANSYS有限元軟件對(duì)未補(bǔ)強(qiáng)和膠接補(bǔ)強(qiáng)層合板進(jìn)行應(yīng)力分析和漸進(jìn)失效分析，有限元模擬分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。在拉伸載荷作用下，未補(bǔ)強(qiáng)和傳統(tǒng)平紋補(bǔ)強(qiáng)片補(bǔ)強(qiáng)的層合板，應(yīng)力集中位置均在開(kāi)孔兩端，當(dāng)采用V