缝合复合材料泡沫夹芯结构剪切刚度预报.pdfVIP

第26卷 第3期 应 用 力 学 学 报 、blI26NO．3 2009年 9月 CHINESEJOURNALOFAPPLIEDMECHANICS Sep．2009 文章编号：1000．4939(2009)03-0600．04 缝合复合材料泡沫夹芯结构剪切刚度预报 杨 慧 张晓晶 汪 海 。 (上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院 200240上海) (上海交通大学航空航天学院 2000240上海)。 摘要：针对复合材料泡沫夹芯结构的缝合工艺采用代表体元法，通过建立有限元模型，对这种新 型复合材料结构的剪切刚度性能进行了预测。考察了缝合对材料弹性常数的影响，给出了弹性常 数的计算方法，并着重探讨了纤维弯曲、富树脂区以及缝线刚度、缝线等效直径对结构剪切刚度 的影响。对比发现：结构的面内剪切刚度与缝线直径成反比，与缝线的剪切刚度成ff-~；面外剪 切刚度与缝线直径成正比，与缝线的剪切刚度成正比 数值分析结果与试验结果比较吻合 关键词：缝合；泡沫夹芯；复合材料；代表体元法 中图分类号：V214；TB332 文献标识码：A 行研究：引入了恰当的边界条件 ，对结构的剪切刚 度进行预报；分析纤维弯曲、富树脂区、缝线材料 l 引 言 参数对结构剪切刚度的影响。 复合材料泡沫夹芯结构可以提高结构抗弯刚 度和结构效率，降低制造成本Ll】，在航空领域应用 日益广泛。夹芯结构中面板与芯材一般采用胶结连 接，面板与芯子之间的界面连接强度较低，最典型 的失效形式就是因面板与芯材粘接处失效导致分 层，并产生局部强度破坏，进而影响泡沫夹芯结构 图1 改进的锁式缝合结构 的整体强度，从而限制了该结构在飞机结构上的广 泛应用 。 缝合可以加强面板与芯材问的连接，并抑制分 层，从而在不需大量增加重量的前提下，提高结构 的面外性能。目前此类结构的研究主要集中在制造 工艺和性能测试的试验方面 J，力学模型建立和数 值分析等方面的研究工作开展较少6【】。为了扩大缝 合复合材料泡沫夹芯结构在飞机结构上的应用，首 先需要解决的问题就是刚度和强度预报。 基于以上考虑，本文建立从缝合复合材料泡沫 图2 垂直缝合 45。复合材料层压板 夹芯结构的力学模型入手，对缝合复合材料泡沫夹 芯结构在剪切载荷作用下的力学性能分析和试验进 基金项 目：国家 自然科学基金 来搞 日期：2008．1012 修回日期：2009．Ol—l9 第一作者简介：杨慧，女，1983年生，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，硕士生：研究方 向——复合材料的力学性能。 Emaih huiyang．1983@163．tom 第3期 杨慧，等：缝合复合材料泡沫夹芯结构剪切刚度预报 601 D =~／2d 2有限元模型 (1) 假设：纤维弯曲角度为15。；纤维弯曲影响宽 度为0．2mm，富树脂区的长度为缝针直径的4倍。 2．1 工艺描述 模型采用文献 [4】中所用的材料体系和缝合参 根据以上假设，缝合泡沫夹芯结构简化模型如 数。面板为T300／BA9911；芯材为ROHACELL7IIG 图3和图4所示。 ． 闭孔泡沫 ；缝线为 Kevlar29(1500旦)；上