本文選題：層合復(fù)合材料　切入點(diǎn)：尼龍無(wú)紡布　出處：《山東大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近年來(lái)復(fù)合材料的應(yīng)用量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì),在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用尤為廣泛,其中碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(CFRP)由于其自身的特殊優(yōu)勢(shì),尤其是輕量化和高強(qiáng)度,作為結(jié)構(gòu)件得到大量應(yīng)用,顯著改善了航空航天器的燃油經(jīng)濟(jì)性能。同時(shí)CFRP在其他產(chǎn)品領(lǐng)域,包括民用交通工具、建筑、體育器材等,也得到一定應(yīng)用。但其層合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)導(dǎo)致層間力學(xué)性能與纖維鋪層相比較弱,容易出現(xiàn)分層損傷,并進(jìn)一步降低結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能。另一方面在服役過(guò)程中,復(fù)合材料層合板遭受低速?zèng)_擊的概率非常高,并且一般不會(huì)在沖擊表面留下目視可檢的損傷。但在層合板結(jié)構(gòu)內(nèi)部可能形成基體開(kāi)裂、層間分層,這些損傷會(huì)嚴(yán)重降低層合板的剩余強(qiáng)度,特別是橫向面內(nèi)的壓縮強(qiáng)度。上述損傷的產(chǎn)生會(huì)留下潛在的安全隱患,因此開(kāi)展層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的典型破壞及層間增韌研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文通過(guò)引入“離位”增韌技術(shù),使用尼龍無(wú)紡布(Polyamide Non-woven Fabric,PNF)增韌層,實(shí)現(xiàn)了對(duì)層合板Ⅰ型、Ⅱ型斷裂韌性的大幅提高,有效抑制了分層損傷的產(chǎn)生。采用雙線性內(nèi)聚力模型(Cohesive Zone Model,CZM)代表增韌區(qū)力學(xué)行為,以基于連續(xù)損傷力學(xué)模型進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的材料本構(gòu)來(lái)表征鋪層的力學(xué)特性,通過(guò)商業(yè)有限元軟件ABAQUS建立了雙懸臂梁彎曲實(shí)驗(yàn)和端部切口實(shí)驗(yàn)的有限元模型,開(kāi)展相關(guān)數(shù)值分析,并研究了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)復(fù)合材料整體力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨著增韌區(qū)強(qiáng)度的增加,分層的臨界載荷與臨界位移有增大趨勢(shì)。而隨鋪層厚度的增加,除分層擴(kuò)展的臨界位移呈減小趨勢(shì)外,初始斜率、峰值載荷和裂紋擴(kuò)展距離均增加。此外,兩種斷裂的初始斜率和峰值載荷都隨預(yù)制裂紋長(zhǎng)度增加而減小,但Ⅰ型分層臨界位移隨預(yù)制裂紋長(zhǎng)度的增加逐漸增大,而Ⅱ型分層臨界位移隨預(yù)制裂紋長(zhǎng)度的增加先減小后增大。在準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)研究的基礎(chǔ)上,本文針對(duì)低速?zèng)_擊問(wèn)題開(kāi)展了動(dòng)態(tài)力學(xué)研究。首先針對(duì)國(guó)內(nèi)民用量較大的C1500材料體系層合板,開(kāi)展低速?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)及超聲C掃描、沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAI)測(cè)試等相關(guān)損傷檢測(cè),并進(jìn)一步探討了層合板厚度、鋪層方式對(duì)其沖擊響應(yīng)和損傷的影響。研究發(fā)現(xiàn)層合板厚度一定時(shí),相對(duì)于[45/0/-45/90]2s試樣,[0/90]4s和[45/-45]4s試樣的沖擊載荷更低,且這兩個(gè)試樣具有更長(zhǎng)的沖擊行程。在6.67 J/mmm的標(biāo)準(zhǔn)沖擊能量下,損傷面積隨試樣鋪層數(shù)的減小明顯減小。[45/-45]4S層合板的損傷面積更接近于[45/0/-45/90]2S,而[0/90]4S層合板的損傷小于前兩者。同時(shí)C1500材料體系的CAI在160-180 MPa左右。最后結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值分析方法,開(kāi)展尼龍無(wú)紡布層間增韌纖維復(fù)合材料的低速?zèng)_擊破壞研究,揭示了碳纖維復(fù)合材料在低速?zèng)_擊下的力學(xué)行為及其損傷機(jī)理,并進(jìn)一步研究了增韌區(qū)厚度和強(qiáng)度對(duì)復(fù)合材料整體沖擊性能的影響,對(duì)增韌層設(shè)計(jì)提出了合理建議。研究發(fā)現(xiàn)基體斷裂和分層是層合板遭受低速?zèng)_擊時(shí)最主要的損傷模式。隨著增韌區(qū)厚度的增加,試樣的初始剛度和峰值載荷都明顯減小,且試樣的承載能力受層間剪切強(qiáng)度影響更大。同時(shí)隨著增韌區(qū)厚度的減小或強(qiáng)度的增加,沖擊導(dǎo)致的試樣損傷面積顯著降低。
[Abstract]:In recent years, application of composite materials is increasing year by year, in aerospace applications is particularly wide, the carbon fiber reinforced epoxy resin composites (CFRP) because of its own advantages, especially lightweight and high strength, widely used as structural parts, improve the fuel economy performance of aircraft and spacecraft. At the same time, CFRP in other product areas, including civilian vehicles, buildings, sports equipment, etc., are used. But the laminated structure characteristics of the interlayer and mechanical properties of fiber layer compared to weak, are susceptible to delamination, and further reduce the overall mechanical performance of the structure. On the other hand, in the course of service and the composite laminates subjected to the probability of low velocity impact is very high, and generally do not leave visual inspection in shock damage surface. But in the internal laminate structure may form a matrix cracking, Delamination damage that would seriously reduce the residual strength of composite laminates, especially the compression strength of transverse plane. The damage will have potential safety hazards to stay, so it has important theoretical significance and application value to carry out research on toughening laminated structure of composite materials of typical damage and interlayer. In this paper, through the introduction of the "from" toughening technology, the use of nylon non-woven (Polyamide Non-woven Fabric, PNF) toughening layer, the laminated type I, type II fracture toughness is greatly improved and can effectively restrain the delamination damage. Using bilinear cohesive zone model (Cohesive Zone Model, CZM) on behalf of the district to the mechanical behavior of toughening, constitutive to characterize the mechanical properties of layer two development materials based on continuum damage mechanics model, using commercial finite element software ABAQUS to establish the double cantilever beam bending test and end the incision The finite element model, carry out the relevant numerical analysis, and studied the influence of key parameters on the mechanical properties of composite materials. The study found that with the increase of the strength of the toughening zone, critical load and critical displacement stratification increases. With increasing thickness, in addition to the critical displacement of delamination growth tends to decrease, the initial slope the peak load, and crack propagation distance were increased. In addition, the initial slope and the peak load of two kinds of fracture with prefabricated crack length increases, but the type of critical displacement with increasing stratification prefabricated crack length increases gradually, while type II critical displacement with increasing stratification prefabricated crack length decreased and then increased. On the basis of study on quasi static mechanics, aiming at the problem of low velocity impact was studied. The dynamic mechanical material system of C1500 laminates for domestic large amount, to carry out the real impact Inspection and ultrasonic C scan, compression strength after impact (CAI) injury related testing, and further discusses the laminate thickness, affecting the response of layers on the impact and damage. The study found that the thickness of laminates when compared with [45/0/-45/90]2s samples, [0/90]4s and 45/-45]4s [sample impact load is lower, and the impact of stroke the two sample is longer. In 6.67 J/mmm standard impact energy, reduce the damage area with the number of layers of the specimen decreases the damage area of.[45/-45]4S laminates is closer to [45/0/-45/90]2S, while the [0/90]4S laminate damage is less than the former two. At the same time, the material system of C1500 CAI was about 160-180 MPa. Finally, experimental and numerical failure analysis method, research on interlayer toughening of nylon non-woven fiber composite low velocity impact, reveals the mechanical behavior of carbon fiber composites under low velocity impact And the damage mechanism, and further study the influence of thickness and strength of toughened zone on the overall impact performance of composite material, the reasonable suggestion on toughening layer is proposed. The study found that matrix fracture and delamination are the main damage mode of the laminate subjected to low velocity impact. With increasing the thickness of the sample Zone toughness, initial stiffness and the peak load are decreased, and the sample capacity is affected by the interlaminar shear strength is larger. With the increase of toughening zone thickness or the decrease of the intensity of the sample, that the impact damage area decreased significantly.

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB332

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何陵輝;層合板應(yīng)力的一種簡(jiǎn)單計(jì)算方法[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);1994年03期

2 譚惠豐,于增信,杜星文;層合板六參量幾何非線性高階剪切理論[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2000年01期

3 崔建國(guó),傅永輝,李年,孫軍,何家文;金屬/金屬層合板疲勞性能研究[J];金屬學(xué)報(bào);2000年03期

4 陳曉,許可,戴詩(shī)亮;層合板分叉方程的Lyapunov-Schmidt約化分析[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2001年03期

5 朱海堂,張獻(xiàn)瑞,諶續(xù)國(guó);用P型有限元分析層合板的應(yīng)力[J];鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2001年04期

6 崔海濤,溫衛(wèi)東,郝勇;碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料含孔層合板損傷破壞分析研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2002年02期

7 Ali Al-Mansour,程小全,寇長(zhǎng)河;單面貼補(bǔ)修理后層合板的拉伸性能[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2005年03期

8 張二亮;張衛(wèi)紅;邱克鵬;;基于材料-結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)的層合板多級(jí)優(yōu)化方法[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2006年01期

9 章繼峰;張博明;杜善義;;基于健康監(jiān)測(cè)的層合板結(jié)構(gòu)載荷重構(gòu)[J];力學(xué)與實(shí)踐;2007年04期

10 陳建橋;彭文杰;魏俊紅;顧明凱;;考慮內(nèi)部損傷影響的層合板最終強(qiáng)度預(yù)測(cè)[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2009年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 彭文杰;陳建橋;;層合板自由邊處分層應(yīng)力的優(yōu)化研究[A];節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展——2007中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集（一）[C];2007年

2 張培偉;熊峰;王東平;;雙向編織碳纖維層合板的振動(dòng)破壞[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

3 周曄欣;黃爭(zhēng)鳴;;新的極限強(qiáng)度判據(jù)和剛度衰減對(duì)橋聯(lián)理論模擬層合板精度的改善[A];復(fù)合材料力學(xué)的現(xiàn)代進(jìn)展與工程應(yīng)用——全國(guó)復(fù)合材料力學(xué)研討會(huì)論文集[C];2007年

4 佟麗莉;葛源源;;鋪層角度和厚度偏差對(duì)層合板熱性能的影響[A];第十五屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2008年

5 邵闖;葛森;陶華;;層合板的聲響應(yīng)分析[A];中國(guó)航空結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)專業(yè)組第十六屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2008年

6 康軍;關(guān)志東;黎增山;丁聰;黃志強(qiáng);;復(fù)合材料開(kāi)口層合板拉伸應(yīng)變集中與失效分析[A];第十四屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)第11分會(huì)場(chǎng)：低成本、高性能復(fù)合材料發(fā)展論壇論文集[C];2012年

7 卿尚波;晏麓暉;;纖維層合板抗彈性能數(shù)值模擬分析[A];第18屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集第Ⅲ冊(cè)[C];2009年

8 戴相花;高存法;;含橢圓孔磁電彈層合板的彎曲問(wèn)題研究[A];第16屆全國(guó)疲勞與斷裂學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議程序冊(cè)[C];2012年

9 劉治東;唐頎;龐寶君;;基于等時(shí)差波陣面的層合板聲發(fā)射源定位[A];第十五屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2008年

10 徐穎;溫衛(wèi)東;崔海坡;;低速?zèng)_擊下的層合板逐漸損傷擴(kuò)展模擬[A];第十六屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 蔡曉江;基于復(fù)合材料各向異性的切削力熱變化規(guī)律和表面質(zhì)量評(píng)價(jià)試驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2014年

2 阮江濤;含沖擊損傷縫合和未縫合層合板壓縮實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值分析[D];天津大學(xué);2012年

3 彭文杰;復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法及分層應(yīng)力最小化研究[D];華中科技大學(xué);2009年

4 謝昱;層合板的應(yīng)力分析及其剝離[D];清華大學(xué);1988年

5 辛士紅;纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層合板抗侵徹性能數(shù)值模擬研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

6 王丹勇;層合板接頭損傷失效與疲勞壽命研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

7 劉軍;損傷對(duì)層合板分層尖端場(chǎng)的影響及層間強(qiáng)韌化分析[D];東北大學(xué);2006年

8 田燕萍;具損傷彈塑性層合結(jié)構(gòu)的非線性力學(xué)行為研究[D];湖南大學(xué);2010年

9 王向陽(yáng);復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的可靠性優(yōu)化和魯棒優(yōu)化研究[D];華中科技大學(xué);2004年

10 楊忠清;玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料疲勞行為研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 陳磊;正交異性層合板在力載和熱載下靜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)的數(shù)值模擬[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

2 劉奇;應(yīng)用纖維束復(fù)合材料試驗(yàn)研究層合板界面性能[D];華南理工大學(xué);2015年

3 張科;層合板結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析的無(wú)網(wǎng)格方法[D];蘇州大學(xué);2015年

4 孫筱辰;纖維復(fù)合材料層合板的層間增韌及低速?zèng)_擊研究[D];山東大學(xué);2015年

5 姚宇地;含預(yù)置分層層合板的分層擴(kuò)展及其屈曲行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 王放;復(fù)合材料對(duì)稱層合板的強(qiáng)度預(yù)測(cè)[D];重慶大學(xué);2004年

7 劉潤(rùn)兵;纖維增強(qiáng)復(fù)合材料變角度層合板的力學(xué)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

8 陳縣輝;基于內(nèi)聚力單元的層合板低速?zèng)_擊響應(yīng)模擬研究[D];中北大學(xué);2014年

9 沈明明;含分層損傷層合板的動(dòng)力和聲傳輸特性研究[D];大連理工大學(xué);2014年

10 梁燕民;夾納米纖維膜的層合板力學(xué)性能研究[D];同濟(jì)大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：1568104