開口尺寸和鋪層比例對(duì)復(fù)材層合板壓縮性能的影響

楊鈞超, 鄧凡臣, 柴亞南

（1．中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究室, 西安 710065；2．全尺寸飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力/疲勞航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西安710065）

復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比剛度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、疲勞性能好、質(zhì)量輕、耐腐蝕等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域[1-3]。先進(jìn)飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身、水平安定面、垂直安定面等部位大量使用了復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)。為了保證機(jī)械連接、油路管道通過(guò)、設(shè)備安裝、檢查維修等，在層合板上布置大小不同的開口不可避免。開口會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)傳力路徑中斷、剛度突變、應(yīng)力集中等問(wèn)題，嚴(yán)重降低結(jié)構(gòu)的承載能力。因此，評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)復(fù)合材料層合板開口結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和失效模式一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員研究的方向。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用了多種方法對(duì)復(fù)合材料層板開口性能進(jìn)行研究。在工程預(yù)測(cè)方法方面，吳義濤等[4]基于應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法的思想，提出了一個(gè)預(yù)測(cè)含圓孔復(fù)合材料層合板剩余強(qiáng)度的工程簡(jiǎn)化模型，該方法預(yù)測(cè)精度比點(diǎn)應(yīng)力準(zhǔn)則和平均應(yīng)力準(zhǔn)則更優(yōu)。在數(shù)值分析方法方面，Chang等[5-6]提出二維漸進(jìn)損傷分析有限元模型，考慮了剪切非線性和橫向拉伸強(qiáng)度和剪切原位強(qiáng)度，分析含孔復(fù)合材料層合板的孔邊應(yīng)力集中，并預(yù)測(cè)了拉伸、壓縮強(qiáng)度；Hallett等[7]在可能分層的分離面處植入界面單元，用來(lái)模擬層間分層失效，并對(duì)四種不同鋪層的含雙邊缺口和含中心圓孔層合板的拉伸失效行為進(jìn)行深入研究，得到的失效模式和剩余強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。……