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  • 关于三维中空夹芯复合材料侧压性能的有限元分析

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2019-12-06

    三维中空夹芯复合材料的空间特征是芯纤维沿子午线方向呈“ X”形,可以调节“ X”形的高度(Z方向),X和Y方向的间距可以设计,结构示意图如图1所示。该材料主要由玻璃纤维和碳纤维制成。具有强度高,模量高,重量轻的特点。它已广泛应用于高速铁路,船舶,飞机,油轮,建筑等领域。

    发现结构材料主要受到压缩和低速冲击载荷,这可能对材料造成非常致命的损害,甚至威胁到材料的使用寿命。借助有限元软件ANSYS,可以模拟材料的加载和破坏过程,以优化材料结构设计并提高材料性能。杨振宇等。建立了三维编织复合单元模型并预测了材料的有效模量。黄桥同样研究了碳纤维片材复合材料的拉伸性能,并使用弹塑性动态损伤本构模型模拟了层压材料的拉伸破坏过程。邹健等。研究了织物增强层压板。通过有限元软件分析了高速撞击后的损伤容限。利用姚秀东等有限元软件ANSYS建立了复合夹芯板的结构模型,分析了结构参数对材料应力分布的影响。使用周亮等有限元软件建立多细胞织物。研究了结构复合材料的模型和材料的静态弯曲性能。

    本文利用有限元软件ANSYS建立了三维空心三明治复合材料的结构模型,并从微观的角度分析了复合材料的侧向压缩性能。

    1.建模

    1.1基本假设

    当材料在垂直于侧板的侧向压缩载荷下经受压缩变形时,上板和下板起主要支撑作用。因此,在三维空心夹芯复合材料的有限元模拟分析中,主要研究上下面板的特性。为了简化模型,请进行以下假设:

    (1)在三维中空夹心复合材料受到横向压缩载荷时,主要变形是上下面板弯曲变形,并且随着压力的增加变形增加。因此,假设芯材在横向压力过程中是弹性体。没有变形发生

    (2)在侧压过程中,上下面板在水平方向上移位而在垂直方向上移位为“自由”;

    (3)在侧压过程中,纤维横截面也近似为跑道形状,并且在承载过程中不发生扭曲。

    1. 2模型建立

    三维中空夹心复合材料主要由两个系统组成:纱线系统和树脂系统。三维空心三明治复合材料细观结构模型,纱线系统,树脂系统。

    2加载与计算

    2. 1刚性强度常数

    本课题三维中空夹心复合材料的主要成分

    :增强材料为各向异性碳纤维,基体为各向同性。

    环氧树脂体系。

    2. 2啮合和加载

    网格化: 3D空心三明治复合材料的结构模型与三面体网格化。

    边界条件:根据实际的侧向压力测试条件约束材料,即在左侧面板上施加“位移”约束,其中X和Z方向的位移设置为“自由”,而Y方向的位移设置为方向设置为“ 0 mm”。

    施加载荷:对该三维中空夹芯复合材料进行侧向压力测试时要进行静载荷分析。因此,对象使用位移(位移)负载来加载右侧面板。 X和Z方向的位移设置为“自由”,Y方向的位移设置为“ -1 mm”。

    3结果与分析

    3. 1材料的应力和应变

    当承受侧向压缩载荷时,三维空心三明治复合材料上下面板经纱和纬纱交织的应力和应变值最大,分别为1. 9861GPa,0。mm/mm,芯材的应力和应变值最小,分别为0. 4246MPa,2。3115×10-4mm/mm。可以看出,当三维中空材料承受侧向压力载荷时,上,下面板为受压主体,芯材压力较小。因此,在实际生产和应用中,应特别加强上下面板经纬交织的结构强度和刚度设计。位移的最大值出现在右侧(被载荷接受),位移的最小值出现在左侧。最大值和最小值为1. 0114mm,0. mm。

    3. 2组件的应力和应变

    (1)当三维中空夹心复合材料受到横向压缩载荷时,纤维起主要作用,而树脂起次要作用。树脂的最大应力值为1. 861GPa,最小应力值为221. MPa。MPa。树脂的最大应力值为376. 39MPa,最小应力值为0. MPa。说明纤维是决定复合材料力学性能的主要因素;

    (2)当三维中空夹层复合材料的侧向压力位移载荷达到1mm时,复合材料的主要破坏模式为树脂断裂。纤维的最大应力值为1.9861gpa,小于表2中碳纤维的5.3gpa,说明碳纤维没有损坏;树脂的最大应力值为376.39mpa,大于表2中树脂的370mpa,说明树脂已经损坏;纤维的最大应变值为0.mm/mm,树脂的最大应力值为0.39mpa。更改值为0。mm/mm,纤维的应变值远大于树脂的应变值,表明树脂与纤维之间发生了脱粘现象。

    4结论

    (1)当三维中空夹层复合材料承受横向压缩载荷时,上下面板的经纬交织部分应力最大,最容易发生横向压缩损伤,芯材的应力最小,更不容易发生横向压缩损伤。侧向压缩损伤;

    (2)三维中空夹层复合材料在侧向压缩载荷作用下,增强纤维起主要作用,基体树脂起次要作用。当压缩位移载荷达到1mm时,复合材料的破坏模式主要为树脂断裂。

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