Z-pin增强复合材料层合板拉伸性能的试验研究及模拟分析  被引量:8

Experiment and Simulation Study on Tensile Properties of Z-pinned Composite Laminates

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作  者:李成虎[1] 燕瑛[1] 崔玉波[2] 齐德胜[2] 温永海[2] 

机构地区:[1]北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100191 [2]中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司,黑龙江哈尔滨150066

出  处:《航空学报》2010年第12期2435-2441,共7页Acta Aeronautica et Astronautica Sinica

基  金:国家"973"计划(070022);高等学校博士学科点专项科研基金(0800060017)

摘  要:针对Z-pin增强复合材料层合板的拉伸性能进行了试验研究及模拟分析。拉伸试验研究了3种铺层方式的层合板:[0]6;[90]12;[45/0/-45/90]2S。模拟分析将根据引入Z-pin造成的复合材料层合板微观结构变化建立单胞模型来进行,通过调整单元材料坐标系的1方向来模拟Z-pin周边纤维偏转。通过试验研究和模拟分析得出了Z-pin对3种层合板拉伸强度的影响程度。研究表明Z-pin引入造成的面内纤维含量降低(由树脂富裕区引起)和纤维方向偏转(包括纤维面内偏转和厚度方向卷曲)是层合板拉伸性能降低的主要原因。通过模拟分析进一步得出:对于[0]6铺层层合板,Z-pin插入引起的纤维面内偏转是面内拉伸强度降低的主要因素;对于准各向同性层合板,Z-pin插入产生的树脂富裕区(降低了纤维含量)是面内拉伸强度降低的主要因素。This article presents an experiment and simulation study on the tensile properties of Z-pinned composite laminates.Laminates of the lay-up patterns of unidirectional [0]6 and [90]12 and quasi-isotropic [45/0/-45/90]2S are studied by a test of monotonic tension.Simulation study is carried out by studying the microstructural unit cell through adjusting the first direction of the material coordinate systems of elements to model the deflexion of fibers around the Z-pin.The extent of the effect of the Z-pin on the tensile strength of the laminates is thus obtained by experiment and simulation.The study shows that in-plane fibre dilution and in-plane fibre deflexion and out-of-plane fibre crimping caused by Z-pin are the main causes for the decline in in-plane tensile properties of laminates.Furthermore,in-plane fibre deflexion is the main cause for the decline of in-plane tensile strength of laminates of the lay-up pattern of unidirectional [0]6,while in-plane fibre dilution is the main cause for the decline of in-plane tensile strength of laminates of the lay-up pattern of quasi-isotropic [45/0/-45/90]2S.

关 键 词:Z-PIN 层合板 拉伸性能 单胞 偏转 

分 类 号:V257[一般工业技术—材料科学与工程]

 

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