單層編織增強復合材料具有優(yōu)異的比強度、比剛度和變形特性,逐漸被應用于空間可展結構。其一般采用薄殼形式,應用基于均勻化ABD剛度矩陣的殼體理論可提高結構計算效率。對于非對稱編織增強物,如按經典復合材料理論計算,中性面偏移會導致不準確的耦合效應。本文提出了一種基于單胞模型的多尺度方法,通過確定中性面并施加周期邊界條件,計算任意單層編織復合材料的ABD剛度矩陣和模量值。對比試驗驗證了方法的準確性,預測了平紋、破斜紋1/3、斜紋1/3編織增強復合材料剛度及模量隨編織密度的變化趨勢,給出了單胞的合理應變分布。 

【文章來源】：上海航天(中英文). 2020,37(04)CSCD

【文章頁數】：10 頁

【部分圖文】：

單胞模型構成

因邊界反力和反力矩都施加在參考點上，參考點在厚度方向不同的位置將會產生不同的計算結果。對于平紋編織的對稱編織物，材料中性面與中間面重合，參考點位于厚度方向的中心。非對稱增強織物往往導致沿厚度方向較大的非均勻性，中性面與合力中心偏離于中間面。容易證明當參考點依然位于中間面時，會導致不合理的耦合彎矩。如圖3所示，若參考點位于中間面上，復合材料處于周期拉伸變形，橫截面上積分計算得到的合力矩不等于零，需要附加不合理的耦合彎矩來平衡。實際上薄壁復合材料的橫截面在拉伸受力狀態(tài)下是協調受力，面內合力位于中性面上，耦合效應微小。圖3 非對稱編織增強復合材料中性面偏移示意圖

圖2 單胞模型參考點布置非對稱編織材料不能由幾何方法確定中性平面位置，采用兩步計算方法：首先將參考點置于中間平面上，在參考點上施加周期拉伸邊界條件實現單向平面內變形。根據邊界反力F和反力矩M計算垂直偏移距離L=M/F。當參考點偏移后位于中性平面上時，能夠降低不合理的耦合效應。非對稱編織結構在兩個編織方向的中性平面不重合，相鄰面經、緯向的參考點位于不同的豎向位置（見圖2）。


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