二维三轴编织复合材料的边界效应和尺寸效应研究
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摘要
二维三轴编织复合材料由于具有较好的面内宏观准各向同性力学特性,优异的抗裂纹扩展性能,以及与复合材料层合板相比更好的耐冲击性能而被广泛应用于航空结构,特别是发动机机匣结构的制造。然而,二维三轴编织复合材料复杂的几何结构和较大的单胞尺寸所产生的非均匀变形,以及边界效应导致的过早失效,导致现有的复合材料标准测试方法无法准确的表征其力学性能,尤其是横向拉伸性能。为了进一步的揭示边界效应的形成机制及其所产生的尺寸效应,该研究结合实验和数值仿真,针对单层二维三轴编织复合材料试样,采用数字图像相关技术和细观有限元模拟阐述了横向拉伸加载条件下边界效应的形成过程并对其全局应力分布情况进行了分析;通过对不同宽度试样的测试,详细的分析了边界效应对有效弹性性能和拉伸强度的影响机制,并采用统计模型进行了量化分析。该研究明确了实验测试数据与解析数据存在差异的原因,为理解编织复合材料的破坏行为与发展准确的计算模型提供了重要的理论支持。
引文