平紋編織復(fù)合材料螺紋聯(lián)接及壓縮力學(xué)性能分析.pdf

1、編織復(fù)合材料被廣泛的應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域，與單向增強(qiáng)的復(fù)合材料層合板相比，一方面，由于編織復(fù)合材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計(jì)性，編織復(fù)合材料層合板在改進(jìn)層間和面內(nèi)強(qiáng)度以及損傷容限方面具有巨大的潛力；另一方面，由于它更易于成型，減輕了因鋪層所帶來的繁瑣勞動(dòng)，制造費(fèi)用較低，因此具有很好的應(yīng)用前景。 為了聯(lián)接和固定各種結(jié)構(gòu)，經(jīng)常需要在二維編織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上采用大量的螺紋聯(lián)接。本文利用有限元軟件ANSYS分析了中厚板復(fù)合材料螺釘聯(lián)接部位

2、的應(yīng)力場(chǎng)，給出了螺紋牙的載荷分布，研究了螺釘直徑、復(fù)合材料的纖維體分比、以及螺釘與復(fù)合材料之間的摩擦系數(shù)對(duì)螺紋牙根部圓角處的最大層間拉應(yīng)力的影響。 由于編織復(fù)合材料本構(gòu)關(guān)系各向異性以及纖維束呈波紋狀的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，破壞模式是非常復(fù)雜的。本文利用ANSYS對(duì)二維平紋編織復(fù)合材料壓縮力學(xué)性能進(jìn)行三維有限元計(jì)算。假設(shè)材料是由許多可重復(fù)的單胞組成，根據(jù)實(shí)測(cè)的二維編織復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)及其周期性建立了復(fù)合材料的單胞。纖維束的力學(xué)性能即單向復(fù)

3、合材料的宏觀力學(xué)性能，采用已有的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算單向復(fù)合材料的彈性常數(shù)。對(duì)復(fù)合材料在沿垂直于編織平面方向和纖維束方向壓縮后的微觀應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。對(duì)于沿垂直于編織平面方向的壓縮(即橫向壓縮)，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)緯向纖維束相互交替處基體材料的橫向壓應(yīng)力較大，是其薄弱部位。分析表明，與0°/90°層合板相比，編織復(fù)合材料受到橫向壓縮載荷時(shí)，自由邊界處層間剪應(yīng)力較大，容易發(fā)生層間裂紋，與實(shí)驗(yàn)觀察相吻合。通過改變纖維束截面尺寸和纖維束之間間隙大小研究了