單層編織增強(qiáng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的比強(qiáng)度、比剛度和變形特性,逐漸被應(yīng)用于空間可展結(jié)構(gòu)。其一般采用薄殼形式,應(yīng)用基于均勻化ABD剛度矩陣的殼體理論可提高結(jié)構(gòu)計(jì)算效率。對于非對稱編織增強(qiáng)物,如按經(jīng)典復(fù)合材料理論計(jì)算,中性面偏移會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確的耦合效應(yīng)。本文提出了一種基于單胞模型的多尺度方法,通過確定中性面并施加周期邊界條件,計(jì)算任意單層編織復(fù)合材料的ABD剛度矩陣和模量值。對比試驗(yàn)驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性,預(yù)測了平紋、破斜紋1/3、斜紋1/3編織增強(qiáng)復(fù)合材料剛度及模量隨編織密度的變化趨勢,給出了單胞的合理應(yīng)變分布。 

【文章來源】：上海航天(中英文). 2020,37(04)CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

單胞模型構(gòu)成

因邊界反力和反力矩都施加在參考點(diǎn)上，參考點(diǎn)在厚度方向不同的位置將會(huì)產(chǎn)生不同的計(jì)算結(jié)果。對于平紋編織的對稱編織物，材料中性面與中間面重合，參考點(diǎn)位于厚度方向的中心。非對稱增強(qiáng)織物往往導(dǎo)致沿厚度方向較大的非均勻性，中性面與合力中心偏離于中間面。容易證明當(dāng)參考點(diǎn)依然位于中間面時(shí)，會(huì)導(dǎo)致不合理的耦合彎矩。如圖3所示，若參考點(diǎn)位于中間面上，復(fù)合材料處于周期拉伸變形，橫截面上積分計(jì)算得到的合力矩不等于零，需要附加不合理的耦合彎矩來平衡。實(shí)際上薄壁復(fù)合材料的橫截面在拉伸受力狀態(tài)下是協(xié)調(diào)受力，面內(nèi)合力位于中性面上，耦合效應(yīng)微小。圖3 非對稱編織增強(qiáng)復(fù)合材料中性面偏移示意圖

圖2 單胞模型參考點(diǎn)布置非對稱編織材料不能由幾何方法確定中性平面位置，采用兩步計(jì)算方法：首先將參考點(diǎn)置于中間平面上，在參考點(diǎn)上施加周期拉伸邊界條件實(shí)現(xiàn)單向平面內(nèi)變形。根據(jù)邊界反力F和反力矩M計(jì)算垂直偏移距離L=M/F。當(dāng)參考點(diǎn)偏移后位于中性平面上時(shí)，能夠降低不合理的耦合效應(yīng)。非對稱編織結(jié)構(gòu)在兩個(gè)編織方向的中性平面不重合，相鄰面經(jīng)、緯向的參考點(diǎn)位于不同的豎向位置（見圖2）。


本文編號(hào)：3616572