脱粘尺寸对复合材料单加筋板压缩性能的影响.pdf

《脱粘尺寸对复合材料单加筋板压缩性能的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2016年10月北京航空航天大学学报October2016第42卷第10期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．10http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0603脱粘尺寸对复合材料单加筋板压缩性能的影响冀赵杰1，关志东1一，黎增山1，薛斌2(1．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083；2．上

2、海飞机设计研究院，上海201210)摘要：为确定脱粘缺陷尺寸对轴压载荷下复合材料单加筋板屈曲和后屈曲特性的影响，对4组含不同尺寸脱粘缺陷的工型加筋板进行了试验和数值模拟研究。试验中通过应变测量和超声C扫描等技术手段对试验件的屈曲及后屈曲过程中的变形和缺陷扩展情况进行了监测。基于ABAQUS软件建立了有限元分析(FEA)模型，采用LaRC03准则对复合材料层内损伤进行判定，采用胶层单元对界面脱粘损伤进行模拟，以几何扰动的形式引入失稳波形，利用FEA模型对试验件的屈曲和后屈曲过程进行了模拟。模拟结果与

3、试验结果吻合较好，根据研究结果对试验件的失效过程和脱粘缺陷扩展机理进行了分析与探讨。研究表明，预制脱粘缺陷尺寸大小对试验件屈曲和后屈曲特性影响较大，对最终破坏模式影响不大。脱粘尺寸的增大会导致试验件承载能力的大幅降低，在复合材料加筋结构损伤容限设计中需要着重考虑。关键词：聚合物基复合材料(PCMs)；损伤容限；脱粘缺陷；后屈曲；力学性能测试；有限元分析(FEA)中图分类号：V257；TB330．1文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)10-2169-11近年来，随着复合材料制造技术

4、的发展，复合材料加筋结构被广泛应用于飞机结构中。轴压载荷下复合材料薄蒙皮加筋结构在局部屈曲后仍然具有较强承载能力，这种后屈曲承载能力为飞机结构的减重设计提供了很大的发展空间⋯。目前国内外学者已对轴压载荷下的复合材料加筋结构后屈曲特性进行了研究。试验方面，大量研究主要针对加筋板后屈曲过程中复杂的传载机制[2-4]和铺层顺序㈧、筋条刚度⋯、边界条件⋯等影响因素。理论方面，一些学者通过工程方法⋯和渐进损伤模型⋯、连续损伤模型¨0

5、、虚拟裂纹闭合技术(VCCT)¨¨以及跨尺度失效分析¨21等数值模拟方法对

6、加筋板的后屈曲特性进行了研究。在工程实际中，由于制造缺陷或冲击损伤等原因会对复合材料加筋结构造成初始脱粘缺陷，从而导致结构的承载能力大幅降低，在复合材料结构损伤容限设计中必须加以考虑。Greenhalgh等¨引通过试验研究发现冲击损伤比筋条蒙皮界面间的预制分层损伤对加筋结构承载能力的影响更大。Orifici等¨41通过试验和有限元对比研究发现相对于完好加筋板，含脱粘缺陷的加筋板在破坏前就出现了大面积的缺陷扩展，导致结构强度大幅降低，这些研究中都缺乏对脱粘尺寸影响的研究。Yap等¨副虽然通过数值模拟

7、手段研究了脱粘尺寸对加筋板承载能力的影响，但结论需要进一步的试验验证。科学研究中，针对多加筋结构的研究往往需要耗费大量的成本，为了解决此问题，一些学者采用了单加筋结构等效研究多加筋结构的方法¨6

8、，收稿日期：2015-09—15；录用Et期：2015-10·23；网络出版时间：2016-01-0511：24网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160105．1124．006．html}通讯作者：Tel．：010．82338873E—mail：D50

9、62010@163．con；f用格式：冀赵杰，关志东，黎增山，等．脱粘尺寸对复合材料单加筋板压缩性能的影响ⅡJ．北京航空航天大学学报，2016，42(J0)：2169—2179．J1ZJ，GUANZD，LIZS，etal，EffectsofdebondsizeoncompressionalbehaviorofsinIgle—stiffenedeompos—irepanelsfJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016

10、，42(10)：2169-2179(inChinese)．2170北京航空航天大学学报2016年取得了很好的效果。本文参照该思想，在飞机复合材料多加筋结构中周期性地截取单加筋结构作为研究对象，通过试验和有限元分析方法研究了脱粘缺陷尺寸对单加筋板压缩性能的影响，为复合材料加筋结构设计提供参考。1试验对象及方法1．1试验对象试验对象为复合材料单加筋板，具体尺寸和铺层顺序如图1和表1所示，A～E为不同的区域，1～14为应变片。为研究脱粘尺寸对加筋板压缩性能的影响，如表2所示共设计了4组试