碳纤维增强复合材料多向铺层板疲劳分层行为研究

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• 论文作者：龚愉 ; 赵丽滨 ; 张建宇
• 年：2016
• 作者机构：北京航空航天大学宇航学院;重庆大学航空航天学院;
• 论文关键词：碳纤维 ; 疲劳分层扩展 ; 应变能量释放率 ; R‐阻力曲线
• 会议召开时间：2016-10-14
• 会议录名称：第十九届全国复合材料学术会议摘要集
• 英文会议录名称：Abstracts of National Conference on Composite Materials
• 语种：中文
• 分类号：TQ327.3;TB332
• 学会代码：AGLU
• 会议名称：第十九届全国复合材料学术会议
• 会议地点：中国陕西西安
• 主办单位：中国力学学会
• 学会名称：中国力学学会
• 页数：2
• 文件大小：669k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

先进碳纤维增强树脂基复合材料由于其具有较高的比强度和比刚度,以及刚度可设计等优点,在飞机结构中得到越来越多的应用,并由次要承力结构逐渐向主承力结构转变。为了保障结构安全,随着对结构承载能力要求的日益提高,复合材料的损伤容限等设计方法也在不断地发展。由于较弱的层间性能,分层损伤成为复合材料层板结构损伤容限设计与分析关注的重点。现行的损伤扩展设计概念的重要前提是能够准确地描述复合材料结构中损伤在疲劳载荷谱下的扩展规律。与金属材料中的研究类似,针对复合材料分层在疲劳载荷下扩展规律的研究也集中在寻找分层扩展速率da/d N与扩展控制参量之间的关系上。然而对于工程中应用广泛的复合材料多向铺层板,界面铺层角和纤维桥接往往会带来较大的分层扩展阻力,使得层间断裂韧度值随分层长度的增加而显著的上升。扩展阻力的升高也必然会对疲劳分层扩展产生一定程度的影响。由于目前的疲劳分层扩展模型并没有考虑"阻力曲线"作用,无法用来描述含纤维桥接和界面铺层角时的复合材料疲劳分层扩展行为。因而寻求新的扩展控制参量对于正确理解多向铺层板疲劳分层行为及其损伤容限设计尤为重要。本文首先回顾了疲劳裂纹扩展速率模型和已有的复合材料疲劳分层扩展方面的研究。然后重点讨论了界面铺层方向和纤维桥接对疲劳分层扩展的影响,并介绍了疲劳分层扩展阻力(G_(cf))的概念,用于表述复合材料产生疲劳分层扩展时所需要提供的能量。据此分析了同时包含扩展驱动力和阻力的归一化疲劳分层扩展模型(以G_(max)/G_(cf)为控制参量)。随后给出了T700/QY9511复合材料多向层板不同铺层界面和不同混合比下的I/II混合型疲劳分层试验结果(加载比0.1),试验过程中观察到由于纤维桥接造成的显著R‐曲线,试验数据验证了归一化疲劳分层扩展模型。结合+45o/‐45o界面下更多加载比下(0.3和0.5)获得的I/II混合型疲劳分层试验数据,进一步对该归一化疲劳分层扩展模型做了深入分析。分别以(G_(max)～(1/2)-G_(min)～(1/2))~2/G_(cf)和(G_(max)‐G_(min))/G_(cf)为控制参量分析不同加载比下的试验数据,发现采用(G_(max)～(1/2)-G_(min)～(1/2))~2/G_(cf)描述的da/d N曲线在双对数坐标下符合线性特征但是表现出对加载比的依赖性,而(G_(max)‐G_(min))/G_(cf)则可以进一步去除这种加载比依赖性,该结论对正确理解多向铺层板疲劳分层行为具有重要意义并可为预测实际工程层合板中的疲劳分层扩展奠定重要的基础。

引文