开孔三维编织复合材料强度预测及应力分析

发布时间：2025-07-09 00:27

　　 由缺陷引起的应力集中是复合材料结构件使用时需要考虑的工程问题。三维编织复合材料相对于传统复合材料具有优异的损伤容限性能。首先对含缺陷前后三维(3D)编织复合材料的拉伸性能进行试验研究,并通过FGM(fabric geometry model)对其他方向材料性能进行预测。然后基于Abaqus有限元对开孔后孔周边应力分布进行分析,并和Lekhnitskii理论进行了对比,同时对沿孔垂直于在载荷方向应力分布进行了观察。分别基于传统平均应力准则和点应力准则以及基于不同失效准则的渐进失效理论对含开孔三维编织复合材料强度进行预测,并与试验结果进行了对比。结果表明,点应力准则可以很好的预测3D编织复合材料含缺陷拉伸强度,而渐进失效分析可以模拟拉伸过程中的损伤起始,损伤扩展和最终破坏模式。

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【部分图文】：

图1 三维编织复合材料预制件

试验件采用HEXCELAS4-6K碳纤维作为增强材料,WESTSYSTEM105系列环氧树脂作为基体材料。预制件为基本编织结构(三维四向),在四步法(1×1)三维编织机加工完成预制件,预制件如图1所示。3D编织复合材料的制备采用RTM工艺(树脂传递成型)。根据美国标准协会....

图2 试件尺寸和几何形状

根据美国标准协会复合材料压缩性能测试标准ASTMD3039[18]和复合材料含开孔压缩性能测试标准ASTMD5766[19]制备标准试验件,无缺陷和含缺陷试验件的尺寸分别如图2a)和2b)所示,实际试件如图2c)和2d)所示。对于无缺陷试件,在加持端由于应力集中容易造成试件断....

图3 试件断裂形态

表13D编织复合材料拉伸性能三维编织试件Ex/GPaσxU/MPaεxU/%无缺陷72.32±2.51279.41±801.76±0.12缺陷951.32±451.3±0.142开孔三维编织复合材料强度预测模型

图4 孔周边应力分析

在层合板开孔板拉伸强度预测研究方面,研究方法主要有孔边应力法和逐渐损伤分析方法。而Whitney等[20-21]提出的点应力失效准则(PSC)和平均应力失效准则(ASC),由于便于实施,虽然预测的强度一般小于实际的承载能力,但是在层合板强度预测中应用广泛。此处采用这2种准则对开孔....

本文编号：4056852