二维三轴编织铺层复合材料开孔前后的弯曲性能和剪切性能研究

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在复合材料的实际应用中,复合材料零部件需要与其它零部件连接,其中机械连接是连接方法中最普遍的一种,机械连接需要开孔,而开孔会直接影响复合材料零部件的结构及性能,因此需要对其进行深入研究以了解机械开孔前后试样的力学性能和破坏模式。弯曲性能和剪切性能是材料的两项重要性能,但是目前针对单向布铺层复合材料的力学性能及破坏模式研究比较深入,对二维三轴编织铺层复合材料开孔前后的弯曲性能和剪切性能及其破坏机理的研究较少。本文主要研究的问题包括:1.使用普通机械开孔方法对不同层数的二维三轴编织铺层复合材料进行开孔,观察其截面是否有严重损伤。2.对开孔前后的二维三轴编织铺层复合材料进行弯曲测试和剪切测试,得出了不同铺层数之间弯曲性能和剪切性能的关系以及开孔后弯曲性能和剪切性能与不开孔弯曲性能和剪切性能之间的关系。3.研究开孔对材料弯曲性能和剪切性能的影响,并对测试后试样的表面、纵向截面的裂纹走向及其分布规律进行观测并分析其破坏模式。其中孔的直径与试样的宽度比为1:3.88。由弯曲实验和剪切试验的结果可以得出:1.开孔前后二维三轴编织复合材料弯曲性能对比:铺层数为一、二、三的编织复合材料开孔前后最大弯曲载荷和弯曲强度分别下降了1/3左右;弯曲弹性模量分别下降了1/2左右。开孔前后试样的最大弯曲载荷和弯曲弹性模量都随着铺层数的增加而增加,但当铺层数达到一定层数后,对弯曲性能的改变量减小。材料弯曲破坏实验中表现的主要破坏模式为压缩破坏。开孔对周围的影响主要为距孔边缘1~2mm范围。2.对三点弯短梁试验法得出的开孔前后二维三轴编织复合材料剪切性能进行对比:铺层数为一层的编织复合材料开孔前后可承受的最大载荷和剪切应力分别下降了1/2左右,铺层数为二、三的编织复合材料开孔前后可承受的最大载荷和剪切应力分别下降了1/4左右。二维三轴编织铺层复合材料可承受的最大载荷随着铺层数的增加而增大。材料剪切试验中表现的主要破坏模式为内部剪切破坏。开孔对周围的影响主要为距孔边缘1~2mm范围。3.在剪切应力作用下,铺层数为二的二维三轴编织铺层复合材料会发生层间分层。为了避免层间分层现象的发生,应使用奇数铺层的二维三轴编织铺层复合材料。本论文上述研究结果为二维三轴编织铺层复合材料的设计及工程应用提供了参考。
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