Z-pin增強復合材料T型接頭承載能力的多尺度分析研究.pdf

1、復合材料在航空航天相關領域中的使用越來越多，它具有很多的優(yōu)良力學性能，由于傳統(tǒng)的機械連接會對復合材料結構造成很大的初始缺陷，使結構承載能力大大降低，因此復合材料結構的發(fā)展趨勢是整體化成型結構。整體化成型結構一般采用膠接取代機械連接，使復合材料接頭性能不受到太大的損失，復合材料T型接頭正是膠接接頭中的一種廣泛應用的接頭。與其他膠接接頭相似，T型接頭的層間性能較弱，可以采用厚度方向的增強技術來提高其承載能力，目前最流行的方法是 Z-pin增

2、強技術，它通過在復合材料結構厚度方向植入Z-pin，使結構的層間韌性明顯提升，Z-pin增強技術被越來越廣泛地應用到復合材料的制造中。
　　本文對Z-pin增強復合材料T型接頭進行了多尺度分析研究。首先建立 Z-pin的細觀分析模型，分析了單根 Z-pin的拉拔過程，得到Z-pin的橋聯(lián)律曲線，然后利用該模型對影響Z-pin性能的因素進行了分析，結果表明固化溫度、層合板熱膨脹系數(shù)、Z-pin的直徑等參數(shù)對于Z-pin的性能有重要影

3、響。然后進行了Z-pin增強T型接頭的拉伸和剪切試驗，利用改進的分區(qū)內聚力模型對試驗進行了有限元模擬，試驗件的破壞過程及載荷位移曲線與有限元模擬的結果吻合得較好，驗證了有限元模型的準確性。
　　在該模型的基礎上，對Z-pin的分布參數(shù)進行了分析以獲得其對T型接頭承載能力的影響。結果表明，在拉伸載荷下，Z-pin的列距及首列Z-pin與中軸面的距離的減小會使T型接頭的承載能力提高，在剪切載荷下，Z-pin列距和行距的減小能提高接頭的