3D機(jī)織復(fù)合材料多向接頭有限元分析及性能預(yù)測.pdf

1、3D機(jī)織增強(qiáng)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料不僅可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體性，而且克服了傳統(tǒng)層壓復(fù)合材料層間脆弱的缺點(diǎn)，因此成為衛(wèi)星等航天器中桁架結(jié)構(gòu)預(yù)制件的首選。本文使用CAD軟件UG NX 7.0對(duì)3D機(jī)織復(fù)合材料多向接頭及其所在的整體桁架各個(gè)構(gòu)件分別建模，然后導(dǎo)入到ANSYS 14.0中對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理:包括粘接處理、分塊處理;并根據(jù)復(fù)合材料多向接頭預(yù)制件中的纖維走向，對(duì)多向接頭不同軸向的圓管建立相應(yīng)坐標(biāo)系;采用MPC多點(diǎn)約束法對(duì)整個(gè)桁架系統(tǒng)施加載荷并求解，得

2、到了單個(gè)多向接頭的應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D。
　　本文中的多向接頭采用三維立體機(jī)織的方法織造預(yù)制件，使用RTM樹脂轉(zhuǎn)移模塑法對(duì)其進(jìn)行復(fù)合，在多向接頭的九個(gè)位置貼放應(yīng)變片，然后對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能測試，得到了多向接頭的實(shí)測數(shù)據(jù)。通過將機(jī)織模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)中九個(gè)應(yīng)變片的最大應(yīng)變作對(duì)比發(fā)現(xiàn)，機(jī)織模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果中最大應(yīng)變的位置與數(shù)值基本吻合，說明通過有限元方法可以較為準(zhǔn)確的模擬現(xiàn)實(shí)中接頭的受力工況，并且可以查看接頭所有部位的應(yīng)力應(yīng)變。將最大應(yīng)力與破

3、壞應(yīng)力作對(duì)比可以看出，接頭在當(dāng)前載荷下有可能會(huì)發(fā)生局部破壞，破壞位置應(yīng)位于副管頂部;通過模擬判斷了實(shí)測中發(fā)生輕微響聲的原因極有可能是樹脂與纖維界面分裂，但不排除復(fù)合材料發(fā)生輕微破壞的可能性。
　　將四種結(jié)構(gòu)的3D機(jī)織復(fù)合材料多向接頭的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)只有加入襯經(jīng)的機(jī)織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料能夠滿足桁架的受力要求，同時(shí)為了方便制造，所以選擇最優(yōu)的材料是僅帶襯經(jīng)的3D機(jī)織復(fù)合材料。將僅帶襯經(jīng)的機(jī)織模擬結(jié)果與編織模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其應(yīng)力