半厚度Z-pin植入對層合板彎曲性能的影響研究

嚴(yán) 斌，陳漢元，周 舉，代 悅，劉維偉

（1. 西北工業(yè)大學(xué)，西安 710072；2. 中國航發(fā)貴陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所，貴陽 550081；3. 西安理工大學(xué)，西安 710048）

復(fù)合材料層合板是由性能不同或相同的單層板黏合而成的一種多層層合結(jié)構(gòu)，在載荷作用下各單層板的變形情況不同，但通過黏結(jié)構(gòu)成一整體協(xié)調(diào)變形，各層之間由于必須相互變形協(xié)調(diào)而存在層間應(yīng)力分布[1]，因此分層破壞是復(fù)合材料層合板主要的破壞形式之一。目前，Z-pin層間增強(qiáng)技術(shù)是一種相對較為成熟、可靠的復(fù)合材料層間增強(qiáng)方式，可顯著提高層合板的層間強(qiáng)度，抗分層性能及抗沖擊損傷容限[2]。現(xiàn)階段Z-pin技術(shù)已獲得一定的實際工程應(yīng)用。在國外，洛克希德·馬丁公司將Z-pin技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)翼盒段試驗[3]；F-35戰(zhàn)斗機(jī)和C17重型運輸機(jī)上也使用了Z-pin技術(shù)[4]。在國內(nèi)，一些新型號的航空航天飛行器也在積極應(yīng)用Zpin技術(shù)。

Chang等[5]研究了Z-pin直徑與體積植入密度對試件彎曲性能的影響，研究表明試件彎曲強(qiáng)度隨直徑、體積植入密度的增加而線性降低，其原因為Z-pin植入后造成試件增厚，增厚導(dǎo)致面內(nèi)纖維體積含量降低，進(jìn)而造成彎曲強(qiáng)度下降。而試件彎曲模量并不受直徑和體積植入密度影響，部分試件的模量甚至略微提升。Knopp等[6]研究了濕熱環(huán)境變化對Z-pin增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的彎曲性能的影響，研究表明濕熱環(huán)境的變化會顯著降低試件彎曲強(qiáng)度，但濕熱環(huán)境的變化對試件彎曲模量的影響一般。Grassi 等[7]研究表明Z-pin增強(qiáng)層合板面內(nèi)強(qiáng)度、模量的損失也與其鋪層順序有關(guān)，單向鋪層順序?qū)γ鎯?nèi)性能的降低最大。……