杨帆
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郑锡涛
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李亚智
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焦晓辉
复合材料学报
采用细观力学方法以及虚拟裂纹闭合法(VCCT)对含有Z-pin增强复合材料双悬臂梁(DCB)结构Ⅰ型断裂韧性进行了研究.利用有限元法建立了结构模型,采用实体单元模拟复合材料层压板结构和非线性弹簧元模拟Z-pin.通过计算应变能释放率对含有不同体积分数Z-pin的复合材料层压板Ⅰ型断裂韧性与不含Z-pin的复合材料层压板Ⅰ型断裂韧性进行了对比分析.研究表明,含有Z-pin增强复合材料双悬臂梁(DCB)结构Ⅰ型断裂韧性在裂纹扩展过程中受到Z-pin桥联作用的影响而显著增强,且其增强效果与Z-pin的体积分数、处在桥联区的Z-pin数目均相关,这表明Z-pin增强方法能够有效提高复合材料层压板的分层扩展阻力.
关键词:
复合材料
,
Z-pin
,
Ⅰ型断裂
,
虚拟裂纹闭合法
郑锡涛
,
李泽江
,
杨帆
复合材料学报
针对Z-pin增强复合材料层合板,开展了断裂韧性的试验研究.研究选取了3种Z-pin直径(0.28、0.52、0.80 mm)且每种直径下分别以3种分布形式(5×5、8×8、10×10)排布Z-pin的增强方式,为了确定比较基准,试验中同时测试了不含Z-pin的复合材料层合板试样.通过Z-pin拔出试验测试了3种直径Z-pin从基体拔出过程中的载荷-位移关系.利用双悬臂梁试验和端部开口弯曲试验分别测试了不含Z-pin和含Z-pin试样的Ⅰ型断裂应变能释放率GIC、Ⅱ型断裂应变能释放率GⅡC.试验结果表明:与不含Z-pin的结构相比,Z-pin增强试样的Ⅰ型断裂应变能释放率GIC增大了83%～1110%,Ⅱ型断裂应变能释放率GⅡC增大了23%～438%;在相同Z-pin体积含量下,与增大Z-pin直径相比,增大Z-pin分布密度能更有效地提高复合材料层合板的断裂韧性.
关键词:
Z-pin增强
,
Ⅰ型断裂
,
Ⅱ型断裂
,
应变能释放率
,
断裂韧性
