考虑损伤和界面脱粘的复合材料加筋板稳定性试验与模拟研究

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1、第30卷第1期应用力学学报Vol.30No.12013年2月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDMECHANICSFeb.2013文章编号：1000-4939(2013)01-0019-06考虑损伤和界面脱粘的复合材料加筋板稳定性试验与模拟研究1121张永久耿小亮甘建岳珠峰(1西北工业大学力学与土木建筑学院710129西安；2成都飞机设计研究所610041成都)摘要：对复合材料帽型加筋板的压缩稳定性进行了试验研究，并在包含复合材料多种损伤模式和胶层损伤的条件下，对加筋板失稳及损伤演化特征开展了有限元分析。试验与模拟结果表明：在加筋壁板失稳前，基体、纤维、加强筋和壁板之间的胶层均未产生

2、明显损伤，加筋板的失稳会导致快速的损伤演化；壁板近表面损伤较内部严重，胶层界面脱粘降低了壁板的极限承载能力；考虑损伤的模拟结果与试验相符性好，证明了该方法的可行性和有效性。关键词：复合材料；加筋板；脱粘；稳定性；胶层损伤中图分类号：O346.5；TB23文献标识码：A使用界面单元方法研究了复合材料加筋层合板在拉1引言伸和弯曲情况下的脱粘问题。文献[10]~[11]进行的加筋板压缩和剪切试验表明筋条与壁板之间的界面脱复合材料加筋壁板常用在机翼上翼面，主要承粘是影响结构失效的重要因素之一。文献[11]~[13]采担面内压缩载荷，其设计重点在于防止出现压缩失用界面单元模拟了筋条和壁板之间的连接界面，

3、针对稳。当其受载时，层合板各层的损伤、加强筋和蒙文献[14]的试验展开了模拟，分析了界面脱粘对结构皮间的胶层脱粘将显著降低壁板的承载能力，导致强度的影响。机体结构破坏。在考虑胶层脱粘和铺层损伤的情况本文首先开展了帽型加筋壁板的压缩稳定性下研究加筋板的破坏过程、破坏形式及其极限承载试验，获取了压缩过程中的加载曲线和破坏形式，能力，对结构设计和损伤修补具有重要意义。当前通过壁板表面应变变化特征判断了壁板的失稳载针对复合材料加筋壁板失稳的研究大多数为探讨失荷，观测到了胶粘界面的脱粘、层合板表面层的分稳过程的宏观表现，很少考虑板内损伤和粘接界面层现象；随后针对试验条件建立有限元模型，采用[1-5]脱粘

4、。界面单元模拟筋条和壁板间的胶层，胶层、铺层分近年来针对加筋壁板胶层脱粘问题，国内外专别采用Quade、Hashin失效准则，引入刚度退化家学者已经展开了一些研究。文献[6]~[7]对含初始模型模拟了帽型壁板的压缩失稳过程，着重对铺层分层损伤的层合板进行了模拟研究，结果表明加筋内多种损伤的演化、胶层损伤演化进行分析；选择方式、初始分层面积、形状会影响损伤的扩展，未壁板表面应变这一对失稳敏感的参数进行了试验与曾涉及界面和损伤类型对破坏的影响。文献[8]~[9]模拟结果对比，并讨论考虑损伤与未考虑损伤对壁基金项目：国家自然科学基金（11102163）；西北工业大学研究基金（JC20110218）收

5、稿日期：2012-03-06修回日期：2012-08-20第一作者简介：张永久，男，1986年生，西北工业大学力学与土木建筑学院，研究生；研究方向——复合材料力学。E-mail：zhyongjiu9886@163.com20应用力学学报第30卷板稳定性分析时产生的差异，从而证明了该方法的合理有效性。2试验条件采用帽型加强筋对蒙皮进行加强，可具有较其它形式加筋壁板更高的承压和抗扭能力。复合材料帽型加筋壁板的帽型桁条是通过胶膜共固化到面板上。试验在CSS-WAW600万能试验机上进行，采图1试验件几何模型Fig.1Atypicaltestspecimen用位移控制连续加载，加载速率为1mm/min

6、，将板法向位移及表面各点应变数据同步采集。图1为帽型加筋板的几何模型。图2为加筋板截面的相关尺寸。图中A、B均为三向片（A、B斜下方的斜线表示应变片的45°方向），C、D、E均为单向片。加筋板夹持方式参照结构设计要求，压缩面（上端面）MN：Ux=6mm、Uz=0；左端图2试验件截面的相关尺寸Fig.2Sectionsizeofspecimen面PN、右端面MQ：U=0；下端面PQ：z试验所用加筋板的尺寸列于表1，材料为UUU===0；图1的阴影部分为试验的夹持区xyzT700/BA9916，性能参数由材料供应商提供，见表2。域：U=0。z表1模型尺寸(单位：mm)Tab.1modelsize(

7、unit：mm)abwtthwfdssfd250.0500.010.02.73.822.516.5表2材料属性及铺层Tab.2Materialpropertiesandlaminates蒙皮铺层[45/0/-45/0/-45/0/45/0-45/0/90/0/45/0]s共28层(skinlaminates)筋条铺层[45/0/-45/90/0/45/90/0/-45/0]s共20层(stiffe