變剛度復(fù)合材料力學(xué)性能與鋪層角度優(yōu)化研究.pdf

1、復(fù)合材料具有比強(qiáng)度大、比剛度高、抗疲勞性能好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域中。傳統(tǒng)的復(fù)合材料層合板多采用纖維直線鋪放的制備方法。隨著，纖維自動鋪放技術(shù)的不斷發(fā)展，利用先進(jìn)的自動鋪放設(shè)備，使得復(fù)合材料層合板的層內(nèi)纖維角度發(fā)生連續(xù)的變化，帶有這種連續(xù)變化角度鋪層的復(fù)合材料被稱為變剛度復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相比，該材料的剛度是逐漸變化的，可以避免應(yīng)力集中，并且可以降低復(fù)合材料層合板的重量和成本，因此，有必要對其進(jìn)行力學(xué)性能以及鋪層角度

2、優(yōu)化的研究。
　　給出了纖維曲線鋪放參考路徑的曲線函數(shù)以及鋪層角度的變化規(guī)律，介紹了兩種纖維曲線鋪放的路徑規(guī)劃方法。應(yīng)用離散思想，提出了一種纖維曲線鋪放的變剛度復(fù)合材料層合板有限元建模方法。將連續(xù)的曲線纖維進(jìn)行離散化，離散成若干個(gè)有限元單元，每一個(gè)單元都有固定鋪層角度。在ANSYS中通過定義每一個(gè)單元的實(shí)常數(shù)，對整個(gè)層合板進(jìn)行有限元建模。分別計(jì)算出了纖維曲線鋪層和直線鋪層的層合板的失效載荷，通過比較分析，纖維曲線鋪層的變剛度復(fù)合材

3、料層合板的彎曲和壓縮失效載荷分別提高了16％、21％和51％、19％。
　　基于經(jīng)典層合板理論，推導(dǎo)出了纖維曲線鋪放的變剛度復(fù)合材料層合板的本構(gòu)關(guān)系，并提出了一種提高變剛度復(fù)合材料力學(xué)特性的優(yōu)化方案。以算例[±＜T0/T1＞]3S為研究對象，優(yōu)化設(shè)計(jì)出了壓縮載荷作用下，纖維曲線鋪層的變剛度層合板最優(yōu)的鋪層角度為[±＜90/10＞]3S，從而使得變剛度復(fù)合材料的力學(xué)特性得到了明顯提高。
　　根據(jù)纖維曲線鋪放的變剛度復(fù)合材料層合

4、板層內(nèi)鋪層角度的參考路徑制備出鋪層順序?yàn)閇±45/±＜45/60＞2/±＜15/30＞]S和[±45/±＜15/30＞/±＜45/60＞/±＜30/45＞]S的變剛度復(fù)合材料構(gòu)件，經(jīng)熱壓固化成型，制備出變剛度復(fù)合材料層合板。對其進(jìn)行損傷破壞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明:與纖維直線鋪層的復(fù)合材料相比，變剛度復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別提高了49％、42％和28％、32％;纖維直線鋪放的復(fù)合材料層合板的斷口破壞較為嚴(yán)重。纖維曲線鋪放的變剛度復(fù)合材