新型变刚度层合板力学特性及损伤机制

作     者：曹忠亮 丁潇潇 

作者机构：江苏理工学院机械工程学院 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2024年第10期

页      面：5687-5699页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：江苏省高等学校自然科学研究重大项目(21KJA460004) 江苏省重点研发计划技术项目(BE2023014-3)~~ 

主　　题：复合材料层合板 变刚度 曲线铺放 力学特性 损伤机制 

摘      要：广泛应用于航空航天、交通运输等领域的复合材料层合板在实际应用中存在着承载能力和稳定性方面的挑战，为解决上述问题，采用自动铺丝可变刚度层合板，并对其力学特性及失效机制进行研究。首先，在线性变角度函数的基础上，提出一种新型周期线性延拓函数算法，以优化复合材料纤维铺放路径，实现更为详细和精确的纤维轨迹变化。其次，通过Python/Abaqus联合构建新型变刚度层合板有限元模型。最后，分析了定/变刚度层合板三点弯曲下的损伤机制，揭示了不同纤维铺放角对层合板力学特性、应力分布和损伤情况的影响。研究结果表明：三点工况下中心纤维取向角对弯曲性能产生显著影响，0°有利于性能提升，90°则导致性能下降；在中心纤维取向角为5°的基础上，采用变角度设计可以有效抑制弯曲损伤进一步扩展，均匀层合板面内应力分布，同时进一步提高弯曲极限应力，最大提升幅度为28.31%。本研究为后续复合材料层合板的抗弯曲设计和优化提供了重要的研究思路和流程，具有一定参考意义。