含分层缺陷复合材料层合板压缩强度试验研究

复合材料层合结构在生产和使用过程中经常会出现分层损伤,为研究分层损伤对复合材料层合结构压缩强度的影响,对含预制分层缺陷的复合材料层合板进行了静强度压缩试验研究,主要研究了沿层合板厚度方向2种不同位置的分层缺陷对复合材料层合板压缩强度的影响.试验结果表明:2类试验件断裂位置均主要集中在预制分层缺陷的边缘,断裂部位呈现不同程度的分层扩展;2类试验件的压缩强度较无初始缺陷的试验件分别降低9.04％和8.60％,说明分层缺陷的位置对复合材料层合板压缩强度的影响程度略有不同,分层缺陷位于层合板厚度方向中间位置时对压缩强度影响较大.     

复合材料褶皱与试件性能的关系研究

褶皱是复合材料成型中产生的一种工艺缺陷,而这种缺陷会对试件的性能产生不可忽略的影响。本文通过褶皱的宽高比来衡量褶皱缺陷的严重程度,并通过实验的方法研究不同宽高比的褶皱对试件性能的影响。本实验设计了5组不同宽高值的褶皱缺陷,并利用液体成型工艺制造出带有不同设定宽高值的褶皱缺陷试样。通过测试试样的开孔压缩强度,来衡量褶皱对复合材料性能的影响。     

分层缺陷对复合材料加筋层压板压缩强度的影响

针对飞机复合材料加筋层压板结构,设计了含有预埋分层缺陷的复合材料加筋层压板的典型试验件以及压缩试验装置,研究了分层缺陷位置和大小对加筋板压缩强度的影响。研究结果表明:分层缺陷会改变加筋板的破坏模式,浅表分层在压缩过程中表现为局部屈曲模态,局部屈曲强度只有其破坏强度的30%~60%,分层直径增加,局部屈曲强度降低。局部屈曲发生后,加筋板尚可进一步承载,直至层板失稳破坏。本文给出的数据和结论对实际飞机结构设计的参数确定和生产过程中的超差问题处理具有重要参考价值。     

碳纤维复合材料压缩性能的研究

本文研究了由三种力学性能不同的基体制备的单向碳纤维复合材料的压缩性能及破坏特征,探讨了基体性能对碳纤维复合材料压缩性能的影响。结果表明,复合材料的纵向压缩强度是基体压缩模量、泊松此和拉伸比例极限应变的函数。当纤维体积含量、基体压缩模量和泊松比变化不大时,其纵向压缩强度随基体拉伸比例极限应变的提高而提高;复合材料的横向压缩强度大于基体的压缩强度;当基体的模量降低和韧性增加时,复合材料的横向压缩破坏的破断角增大,横向压缩强度有所降低。     

褶皱对碳纤维复合材料层合板压缩性能的影响

为研究纤维褶皱对碳纤维复合材料层合板压缩性能的影响,参考ASTM D6641—2014完成了含纤维褶皱碳纤维层合板压缩性能试验;同时采用基于Hashin失效准则及性能逐渐退化的渐进损伤方法进行了有限元分析。结果表明：褶皱程度为30%的凹陷试验件压缩极限载荷相比完好试验件降低了58.48%;同等褶皱程度下凹陷试验件比凸起试验件抗压强度更低;褶皱程度为30%的凹陷试验件刚度相比完好试验件降低了35.80%;有限元分析结果与试验吻合良好,试验件的损伤最初为基体损伤,经过扩展导致试验件在褶皱处断裂。     

冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板典型力学性能的影响

采用CYCOM 7701/7781玻纤环氧织物预浸料和中温固化工艺制造复合材料单向层压板试件。将试件分为三组,分别在低温干态(cold temperature dry,CTD)、室温干态(room temperature dry,RTD)和高温湿态(elevated temperature wet,ETW)三种温度和试件吸湿情况下,测试复合材料单向层压板的无缺口拉伸强度、开孔拉伸强度、无缺口压缩强度、开孔压缩强度和冲击后压缩强度,研究冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781复合材料单向层压板典型力学性能的影响。结果表明:在CTD、RTD和ETW三种环境下,开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板平均拉伸强度均有十分不利的影响,拉伸强度下降约50%;开孔明显地降低了复合材料层压板的拉伸强度的变异系数;在CTD和RTD情况下,冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板平均压缩强度均有十分不利的影响,两种情况的影响比较接近,均下降45%~55%;在ETW环境下开孔使压缩强度下降约为50%,冲击损伤使压缩强度下降30%左右,表明开孔对压缩强度的影响比冲击损伤更为显著。     

整体夹芯中空复合材料的研究

研究了整体夹芯中空复合材料的织物织造技术和复合成型工艺,制作了满足要求的试验件.对整体中空夹层复合材料拉伸、压缩和双层剪切等性能进行了试验研究,并与类似的蜂窝夹层材料进行了性能对比.     

C/C机织复合材料开孔板强度有限元模拟

三维机织复合材料已在航空航天领域得到广泛应用,研究开孔C/C机织复合材料在拉伸和压缩状态下的损伤机理具有重要工程价值。建立开孔C/C三向正交机织复合材料试验件的镶嵌有限元模型,在孔周范围内按照材料的细观结构建立细观尺度有限元模型,采用基于细观力学的强度准则对其拉伸和压缩损伤演化过程进行模拟,并预测其极限拉伸、压缩载荷和拉伸、压缩强度。结果表明:在拉伸与压缩载荷下,由于缝线与纤维束接触区域的应力集中,使得开孔板经纱多处区域出现损伤起始,开孔板损伤区域均呈"X"形扩展。     

湿热谱老化对复合材料层压板强度的影响

通过湿热谱老化试验,研究了湿热谱老化对复合材料层压板拉伸和冲击后压缩（CAI）强度的影响。试验结果表明,湿热老化引起严重的强度降,特别是冲击后压缩强度。老化后损伤面积不扩展或扩展很小。     

大载荷缠绕杆件的拉伸和压缩性能

采用缠绕成型的方法制备了碳纤维/环氧树脂复合材料杆件,对杆件进行了拉伸、压缩试验,并且对缠绕用原材料的性能进行测试。结果表明:缠绕原材料的拉伸及层剪性能优异,缠绕成型的复合材料杆件力学性能较高,压缩与拉伸强度分别大于400与240 MPa,杆件端头是应力集中区域,端头的设计连接以及复合材料的层间性能是影响复合材料杆件拉伸、压缩性能的重要因素。     

不同试验标准对复合材料压缩强度的影响

为了研究应力与应变的关系问题,采用ASTMD3410对一系列复合材料进行压缩试验.研究结果表明对于低性能复合材料,应力应变呈线性关系,而对于高性能复合材料,应力应变不再呈线性关系,出现了失稳破坏,降低了压缩强度值.针对USN46200的压缩试验出现失稳破坏,分别采取增加厚度和改变试验标准进行试验,结果表明增加试验件厚度不能解决此问题,改变试验标准有效地解决了该问题.对于高性能的复合材料压缩试验建议采用ASTM D6641试验方法.     

湿热环境对T700/5428中心孔板静强度影响的试验研究

研究了湿热环境对碳纤维/树脂复合材料静力拉伸和压缩性能的影响.对T700/5428体系的复合材料中心开孔试件进行了常温、吸湿后常温、吸湿后75℃、吸湿后105℃环境下的静力拉伸和压缩试验.     

复合材料细观结构表征与力学性能

选取复合材料力学性能研究中的3个基础性试验:湿热、平板拉伸以及开孔拉伸试验,利用体视显微镜对试验件破坏后的截面进行细观结构观察,分析了裂纹、孔洞、分层等缺陷的产生及影响,解释了复合材料宏观的力学性能。     

分层损伤对含孔复合材料层合板剩余强度影响

以国产碳纤维复合材料CCF300/QY8911含孔层合板静力拉伸试验为基础,建立了符合其损伤失效模式的有限元三维预测模型.通过引入Cohesive界面单元分析了层合板拉伸过程中的分层扩展,数值模拟的结果与试验结果吻合较好,破坏载荷预测结果与试验数据相比误差在5%以内.根据CCF300复合材料构件在制造过程和实际使用中产生的孔边分层缺陷的情况,在孔边预置分层,分析了初始分层损伤对于层合板剩余强度的影响.结果表明表面预制分层对剩余强度影响较小,但会引起自由边提前分层失效.      

复合材料胶接修补结构剩余强度分析

随着复合材料在航空结构中的广泛应用,航空复合材料修补技术也成为研究热点。通过复合材料单面胶接维修方法,将抛物线型损伤演化规律应用于胶层的损伤分析。对商业有限元软件进行了二次开发并建立了数值模型,研究了补片尺寸与厚度对修补结构压缩强度的影响。对复合材料胶接修补结构试验件进行剩余强度试验,研究了补片形状、尺寸、厚度等参数对修补后结构压缩剩余强度的影响。数值模拟结果与试验值吻合良好,误差在5%以内。     

注胶法修复5228A/ CF3031 层压板力学性能研究

针对5228A/ CF3031 层压板生产过程中可能产生的缺陷,设计并制造了孔径超差、不圆孔、孔径
分层、孔边打磨过分、边缘分层等5 种常见缺陷,并采用注胶法对5 种缺陷进行修复。采用ASTM 标准对无缺
陷试样、缺陷试样、修复试样的拉伸、压缩、弯曲、纵横剪切和层间剪切强度进行了测试,并对试样进行了光学显
微镜观察。研究表明孔径超差对拉伸、压缩、弯曲强度影响较大,缺陷试样强度分别下降了11. 1%、13. 8%、
14.4%;孔边打磨过分对纵横剪切强度影响较大,缺陷试样纵横剪切强度下降了25. 6%;边缘分层对层间剪切
强度影响较大,缺陷试样层间剪切强度下降了27. 3%。采用注胶法修复后,5 种缺陷试样的力学性能均有一定
程度的提高。相比而言,修复后层压板抵抗拉伸、压缩、层间剪切等小形变破坏的效果显著;抵抗弯曲、纵横剪
切等大形变破坏的效果不理想。     

基体性能对碳／玻混杂复合材料压缩性能的影响

本文分析研究了两种不同基体的性能对玻璃纤维、碳纤维和碳/玻混杂纤维复合材料横向压缩性能的影响。结果表明:复合材料的横向压缩强度和模量主要取决于基体的压缩强度和模量,且随纤维横向模量的提高而提高。基体和纤维的性能影响着复合材料横向压缩破坏形式,横向压缩强度随破断角φ的减小而提高。     

Ω型加筋壁板连接结构在拉伸载荷下的破坏研究

考察机身收缩段的复合材料Ω型加筋壁板前段和后段连接结构在拉伸载荷下的承载能力,开展了拉伸破坏试验研究。试验件为壁板与框呈75°夹角的倾斜结构,试验考核了加筋壁板、连接框、连接角盒和紧固件的应变水平、试验件的载荷-位移曲线和破坏载荷。试验结果表明,Ω型加筋壁板前后段连接结构在拉伸载荷下,角盒和框的连接处的紧固件以及框的转角处最先发生破坏。试验结果可作为飞行机身复合材料结构连接的设计和评定依据。     

一种用于复合材料整体结构填充区的增强芯材

介绍了可添加于整体结构填充区的ZXC190、ZXC195增强芯材以及添加这种增强芯材接头试验件的制造工艺与拉伸强度试验方法,给出了试验件的拉伸初始损伤载荷和破坏载荷.试验结果表明:ZXC190、ZXC195增强芯材与单向带预浸料相比,其接头试验件沿腹板方向的拉伸强度有大幅度提高.     

含中心圆孔复合材料层合板失效分析及强度预测研究

对复合材料结构进行开孔将会导致结构强度显著下降。以含中心圆孔的复合材料层合板为研究对象,根据ASTM D 5766标准对三种不同铺层比例的含中心圆孔复合材料层合板进行拉伸试验,研究不同铺层比例对复合材料开孔拉伸试验件的拉伸性能和失效模式的影响。基于连续介质损伤力学,分别采用最大应变失效准则和基于物理失效机制的三维非线性Puck失效准则预测纤维和基体损伤的起始,通过应变表征损伤演化,建立含中心圆孔复合材料层合板的三维有限元模型;并进行数值分析,通过与试验结果对比,表明该模型能有效预测含中心圆孔复合材料层合板的拉伸强度和损伤扩展过程。