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搭接长度对Z-pins增强陶瓷基复合材料接头连接性能的影响 被引量:7
1
作者 陶永强 矫桂琼 +1 位作者 王波 常岩军 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期593-598,共6页
本文对搭接长度分别为15mm,20mm,23mm,37mm,60mm的Z-pins增强陶瓷基复合材料接头在单向载荷作用下的连接性能进行了试验研究和数值模拟。试验结果表明接头的最终失效形式有两种:(1)搭接长度大于、等于20mm的接头由搭接板断裂而失效;(2)... 本文对搭接长度分别为15mm,20mm,23mm,37mm,60mm的Z-pins增强陶瓷基复合材料接头在单向载荷作用下的连接性能进行了试验研究和数值模拟。试验结果表明接头的最终失效形式有两种:(1)搭接长度大于、等于20mm的接头由搭接板断裂而失效;(2)搭接长度等于15mm的接头由搭接面的脱胶而失效。在搭接长度为20mm^60mm之间,接头的最大破坏载荷与搭接长度之间呈线性关系变化。采用有限元的方法对搭接接头的破坏过程进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,进而得到了介于上述两种破坏模式之间的搭接接头的搭接长度。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料(CMC) 接头 z-pins 搭接长度 连接性能
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Z-pins对层合复合材料非对称分层增韧作用参数分析——Ⅰ型层间韧性 被引量:7
2
作者 孙先念 刘书田 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期186-192,共7页
假设纤维Z-pins的桥联力与嵌入厚度成正比,建立适于非对称分层(分层位于层合板厚度方向上的任意位置)的Z-pin细观力学模型并构造相应的Z-pin单元,结合考虑一阶剪切变形的梁单元,建立了用于分析含浅部分层采用Z-pins增韧的双悬臂梁(Doubl... 假设纤维Z-pins的桥联力与嵌入厚度成正比,建立适于非对称分层(分层位于层合板厚度方向上的任意位置)的Z-pin细观力学模型并构造相应的Z-pin单元,结合考虑一阶剪切变形的梁单元,建立了用于分析含浅部分层采用Z-pins增韧的双悬臂梁(Double cantilever beam,DCB)有限元模型,并在分层裂纹面上引入接触单元以防止分析过程中2个分层子梁在分层前缘处的相互嵌入。通过数值算例分析了Z-pins对含非对称分层的DCB试件Ⅰ型层间韧性的增强作用。参数分析表明,当分层位置靠近层合板的表面时,Z-pins的增韧作用明显下降,其较薄分层子层的厚度是决定Z-pins对Ⅰ型层间韧性增强效果的关键参数。 展开更多
关键词 z-pins 双悬臂梁 Ⅰ型层间韧性 复合材料
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Z-pins增强C/SiC复合材料层间I型断裂韧性 被引量:6
3
作者 刘韡 矫桂琼 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期466-472,共7页
提出手工预缝纫方法将3K丝束的T300碳纤维引入预成型体,经过多次反复化学气相渗透工艺,在预成型体和缝线处同时渗透SiC基体,制备Z-pins增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料.通过双悬臂梁对称弯曲试验测定了层间Ⅰ型应变能释放率,分析了材... 提出手工预缝纫方法将3K丝束的T300碳纤维引入预成型体,经过多次反复化学气相渗透工艺,在预成型体和缝线处同时渗透SiC基体,制备Z-pins增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料.通过双悬臂梁对称弯曲试验测定了层间Ⅰ型应变能释放率,分析了材料的裂纹扩展行为和Z-pins增强机理,建立了层间Ⅰ型裂纹扩展预测模型.结果表明:Z-pins植入平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料层压板能提高层间I型断裂韧性.Z-pins增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料层压板Ⅰ型层间增强机理主要是Z-pins桥连和Z-pins拔出.层间裂纹扩展预测模型的预测结果与试验结果吻合较好. 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 断裂韧性 应变能释放率 增强机理 z-pins
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Z-pins增强陶瓷基复合材料单搭接接头的裂纹尖端能量释放率 被引量:5
4
作者 陶永强 矫桂琼 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期347-350,共4页
对典型Z-pins增强陶瓷基复合材料单搭接接头的裂纹尖端能量释放率进行了数值模拟,重点研究Z-pins在不同直径和间距下裂纹尖端能量释放率随裂纹扩展的变化规律。研究发现能够形成桥联的Z-pins具有一定抑制开裂的能力,形成桥联后,Z-pins... 对典型Z-pins增强陶瓷基复合材料单搭接接头的裂纹尖端能量释放率进行了数值模拟,重点研究Z-pins在不同直径和间距下裂纹尖端能量释放率随裂纹扩展的变化规律。研究发现能够形成桥联的Z-pins具有一定抑制开裂的能力,形成桥联后,Z-pins的直径对于裂纹尖端能量释放率的影响较大,而Z-pins的间距对于裂纹尖端能量释放率也有影响,但当间距小到某一限度时,再减小间距裂纹尖端能量释放率基本保持不变。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 连接 z-pins 能量释放率
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Z-pins增强层合梁后屈曲分层扩展数值模拟研究 被引量:1
5
作者 孙先念 王建立 +1 位作者 刘杨 任明法 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第S1期270-275,共6页
分层损伤是层合复合材料结构的一种最主要的损伤形式,层合板内一旦存在分层损伤,这些分层就会在较低的面内压缩应变下发生失稳和扩展,从而引起结构失效,因此必须采取有效的措施来抑制分层的产生和扩展.目前,一种方法是在层合板内沿厚度... 分层损伤是层合复合材料结构的一种最主要的损伤形式,层合板内一旦存在分层损伤,这些分层就会在较低的面内压缩应变下发生失稳和扩展,从而引起结构失效,因此必须采取有效的措施来抑制分层的产生和扩展.目前,一种方法是在层合板内沿厚度方向嵌入Z-pins,以提高其较弱的层间断裂韧性.论文采用考虑一阶剪切的梁单元,结合Z-pins增强体单元,建立了Z-pins横向增强的含对称穿透分层的复合材料层合梁有限元模型,利用数值模拟分析了含分层的层合梁在压缩载荷作用下发生对称失稳时,Z-pins增强体对分层扩展的抑制作用,为进一步的实验研究做出预测.结果表明,复合材料层合梁在对称失稳的情况下,Z-pins增强体能够有效地抑制分层的扩展. 展开更多
关键词 层合板 分层 z-pins 后屈曲 扩展
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Z-pins对2D编织陶瓷基复合材料搭接接头连接性能的影响
6
作者 陶永强 矫桂琼 +1 位作者 王波 常岩军 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 2008年第6期96-101,共6页
对Z-p ins增强2-D编织陶瓷基复合材料搭接接头在单向载荷作用下的连接性能进行了试验研究。试验结果表明Z-p ins的加入能够改善2-D编织陶瓷基复合材料搭接接头的连接性能,反映在载荷-位移曲线的后半段,载荷变化出现了波动不大的起伏区... 对Z-p ins增强2-D编织陶瓷基复合材料搭接接头在单向载荷作用下的连接性能进行了试验研究。试验结果表明Z-p ins的加入能够改善2-D编织陶瓷基复合材料搭接接头的连接性能,反映在载荷-位移曲线的后半段,载荷变化出现了波动不大的起伏区域。产生此区域的原因为Z-p ins从搭接接头拔出的过程中,与复合材料形成桥联,消耗了部分本该作用在开裂尖端的能量。利用有限元的方法模拟了有、无Z-p ins,Z-p ins在不同直径和间距下搭接接头的失效过程,并与试验结果相比较,吻合较好。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 搭接接头 z-pins 直径 间距
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Z-pins参数对复合材料层间韧性的影响
7
作者 刘韡 陈豪文 +1 位作者 张为民 矫桂琼 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2014年第6期894-897,共4页
Z-pins植入平纹编织C/Si C陶瓷基复合材料层压板能提高层间I型断裂韧性.作为一种一体化设计的新型材料,Z-pin增强陶瓷基复合材料具有重要的应用前景.研究Z-pins增强陶瓷基复合材料的层间断裂韧性对于指导材料的设计与应用具有十分重要... Z-pins植入平纹编织C/Si C陶瓷基复合材料层压板能提高层间I型断裂韧性.作为一种一体化设计的新型材料,Z-pin增强陶瓷基复合材料具有重要的应用前景.研究Z-pins增强陶瓷基复合材料的层间断裂韧性对于指导材料的设计与应用具有十分重要的理论意义和实用价值.基于离散弹簧-悬臂梁模型研究了Z-pins直径、Z-pins间距、单位厘米宽度上Z-pins个数对平纹编织陶瓷基复合材料I层间断裂韧性的影响.结果表明:增加Z-pins直径、减小Z-pins间距和增加单位厘米宽度上Z-pins个数可以提高Z-pins增强平纹编织C/Si C陶瓷基复合材料I型层间断裂韧性. 展开更多
关键词 z-pins 陶瓷基复合材料 层间断裂韧性
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Experimental study of partially-cured Z-pins reinforced foam core composites:K-Cor sandwich structures 被引量:13
8
作者 Zheng Yingying Xiao Jun +1 位作者 Duan Mufeng Li Yong 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第1期153-159,共7页
This paper presents an experimental study of a novel K-Cor sandwich structure rein- forced with partially-cured Z-pins. The influence of pultrusion processing parameters on Z-pins characteristics was studied and the e... This paper presents an experimental study of a novel K-Cor sandwich structure rein- forced with partially-cured Z-pins. The influence of pultrusion processing parameters on Z-pins characteristics was studied and the effect of Z-pins on mechanical properties was disclosed. Differential scanning calorimetry (DSC) and optical microscopy (OM) methods were employed to determine the curing degree of as-prepared Z-pins and observe the implanted Z-pins in the K-Cor structure. These partially-cured Z-pins were treated with a stronger bonding link between face sheets and the foam core by means of a hot-press process, thereby decreasing burrs and cracking defects when the Z-pins were implanted into the Rohacell foam core. The results of the out-of-plane tensile tests and the climbing drum peel (CDP) tests showed that K-Cor structures exhibited superior mechanical performance as compared to X-Cor and blank foam core. The observed results of failure modes revealed that an effective bonding link between the foam core and face sheets that was provided from partially-cured Z-pins contributed to the enhanced mechan- ical performances of K-Cor sandwich structures. 展开更多
关键词 Composite materials K-Cor sandwich structuresMechanical performance Partially-cured z-pins Foam core composites
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EFFECT OF Z-PINS’ DIAMETER,SPACING AND OVERLAP LENGTH ON CONNECTING PERFORMANCE OF CMC SINGLE LAP JOINT 被引量:4
9
作者 Yongqiang Tao Guiqiong Jiao Bo Wang Yanjun Chang 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 2008年第5期461-471,共11页
The effect of through-thickness reinforcement by composite pins (Z-pins) on the static tensile strength and failure mechanisms of the joints made from ceramic matrix composite (CMC) is investigated. Overlap length... The effect of through-thickness reinforcement by composite pins (Z-pins) on the static tensile strength and failure mechanisms of the joints made from ceramic matrix composite (CMC) is investigated. Overlap length of the single lap joint is 15 mm, 20 mm, 23 mm, 37 mm, and 60 mm, respectively. The experimental results indicate that the final failure modes of the joints can be divided into two groups, (a) the bond-line stops debonding until crack encounters Z-pins; and then the adherends break at the location of Z-pins, when overlap length is more than 20 mm; (b) the bond-line detaches entirely and Z-pins are drawn from adherends, when overlap length is equal to 15 mm. A simple efficient computational approach is presented for analyzing the benefit of through-thickness pins for restricting failure in the single lap joints. Here, the mechanics problem is simplified by representing the effect of the pins by tractions acting on the fracture surfaces of the cracked bond-line. The tractions are prescribed as functions of the crack displacement, which are available in simple forms that summarize the complex deformations to a reasonable accuracy. The resulting model can be used to track the evolution of complete failure mechanisms, for example, bond-line initial delamination and ultimate failure associated with Z-pin pullout, ultimate failure of the adherends. The paper simulates connecting performance of the single lap joints with different Z-pins' diameter, spacing and overlap length; the numerical results agree with the experimental results; the numerical results indicate enlarging diameter and decreasing spacing of Z-pins are in favor of improving the connecting performance of the joints. By numerical analysis method, the critical overlap length that lies between two final failure modes is between 18 mm and 19 mm, when Z-pins' diameter and spacing are 0.4 mm, 5 mm, respectively. 展开更多
关键词 ceramic matrix composite (CMC) single lap joint z-pins connecting performance overlap length DIAMETER SPACING
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Damage Failure Analysis of Z-Pins Reinforced Composite Adhesively Bonded Single-Lap Joint 被引量:2
10
作者 Yinhuan Yang Manfeng Gong +1 位作者 Xiaoqun Xia Yuling Tang 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2021年第3期1239-1249,共11页
In order to study themechanical properties of Z-pins reinforced laminated composite single-lap adhesively bonded joint under un-directional static tensile load,damage failure analysis of the joint was carried out byme... In order to study themechanical properties of Z-pins reinforced laminated composite single-lap adhesively bonded joint under un-directional static tensile load,damage failure analysis of the joint was carried out bymeans of test and numerical simulation.The failure mode and mechanism of the joint were analyzed by tensile failure experiments.According to the experimental results,the joint exhibits mixed failure,and the ultimate failure is Z-pins pulling out of the adherend.In order to study the failure mechanism of the joint,the finite element method is used to predict the failure strength.The numerical results are in good agreement with the experimental results,and the error is 6.0%,which proves the validity of the numerical model.Through progressive damage failure analysis,it is found that matrix tensile failure of laminate at the edge of Z-pins occurs first,then adhesive layer failure-proceeds at the edge of Z-pins,and finally matrix-fiber shear failure of the laminate takes place.With the increase of load,the matrix-fiber shear failure expands gradually in the X direction,and at the same time,the matrix tensile failure at the hole edge gradually extends in different directions,which is consistent with the experimental results. 展开更多
关键词 z-pins reinforced composite adhesively bonded single-lap joints failure mode uniaxial tensile test strength prediction progressive damage
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Experimental and Numerical Study on Mechanical Properties of Z-pins Reinforced Composites Adhesively Bonded Single-Lap Joints 被引量:1
11
作者 Yinhuan Yang Manfeng Gong +1 位作者 Xiaoqun Xia Linzhi Wu 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2022年第4期365-378,共14页
The mechanical properties of Z-pins reinforced composites adhesively bonded single-lap joints(SLJs)under un-directional tension loading are investigated by experimental and numerical methods.Three kinds of joint confi... The mechanical properties of Z-pins reinforced composites adhesively bonded single-lap joints(SLJs)under un-directional tension loading are investigated by experimental and numerical methods.Three kinds of joint configurations,including SLJs with three/two rows of Z-pins and“I”array of Z-pins,are investigated by tension test.The failure modes and mechanism of reinforced joints with different Z-pins numbers and alignment are analyzed,and the comparison is performed for the failure strengths of no Z-pins and Z-pins reinforced joints.According to experimental results,failure modes of three kinds of joints are all mixed failure.It turns out that the Z-pins are pulled out ultimately.The strength of joints of more Z-pins at the end of the overlap area is relatively bigger for the joint of the same Z-pins numbers.The strength of joints with Z-pins compared with non Z-pins joints is growing at 16%.Finally,the three-dimensional distribution of interfacial stress in the lap zone of three kinds of Z-pins reinforced joints is simulated,and the numerical results are in good agreement with the experimental results.It is effective that the numerical calculation of stress analysis is verified. 展开更多
关键词 z-pins reinforced composite single-lap joint(SLJ) failure mode and strength un-directional tension test interfacial stress
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微细金属Z-pin对复合材料开孔板压缩性能的影响
12
作者 宋小文 杜嘉成 +3 位作者 费少华 丁会明 王金良 高宇 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期197-206,共10页
通过开孔板压缩试验和建立的参数化多尺度有限元模型,获得微细(φ0.11 mm)金属Z-pin植入体积分数和排布方式对开孔板压缩力学性能和失效行为的影响规律.采用离散实体单元代表Z-pin,选用3D Hashin失效准则判断面内起始损伤,可以有效地模... 通过开孔板压缩试验和建立的参数化多尺度有限元模型,获得微细(φ0.11 mm)金属Z-pin植入体积分数和排布方式对开孔板压缩力学性能和失效行为的影响规律.采用离散实体单元代表Z-pin,选用3D Hashin失效准则判断面内起始损伤,可以有效地模拟结构失效过程中扭结现象的不稳定扩展.结果表明,所有加Z-pin开孔板的压缩强度均低于无Z-pin试样.随着Z-pin植入体积分数的增加,Z-pin与层合板之间的桥联作用增强,加Z-pin开孔层合板压缩强度增加,开孔周围分层损伤区域受到抑制,损伤区域面积最高减小了67%.在相同的体积分数下,Z-pin排布变化对开孔板压缩强度没有显著影响.加Z-pin开孔板有限元模型的模拟结果与试验结果之间的最大相对误差为8.6%. 展开更多
关键词 z-pin 复合材料 参数化建模 渐进损伤 开孔层合板
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Z-pin增强防隔热复合材料研究现状及发展趋势 被引量:2
13
作者 胡泽辉 李勇 +2 位作者 还大军 韩冰 郭达 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第9期125-132,共8页
未来新型航天飞行器具有飞行速度快、航行时间长等特点,已成为世界各航天大国的重要研究热点。为保障飞行器在长时间承受气动加热条件下安全飞行,防隔热复合材料的应用起到至关重要的作用。目前,针对航天飞行器防热复合材料存在层间性... 未来新型航天飞行器具有飞行速度快、航行时间长等特点,已成为世界各航天大国的重要研究热点。为保障飞行器在长时间承受气动加热条件下安全飞行,防隔热复合材料的应用起到至关重要的作用。目前,针对航天飞行器防热复合材料存在层间性能薄弱、制备效率低,隔热陶瓷基复合材料夹层结构芯材性能薄弱、采用手工缝合增强的现状,文章从设计、制备及应用等方面分析总结了国内外防隔热复合材料及Z-pin增强技术研究现状,提出了我国未来Z-pin增强防隔热复合材料技术的发展趋势。 展开更多
关键词 复合材料 航天飞行器 防隔热复合材料 z-pin
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考虑固化残余应力影响的Z-pin增韧复材压缩性能预测方法
14
作者 张胜男 许英杰 张卫红 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第20期329-339,共11页
Z-pin增韧技术可有效提高复合材料层间性能,但pin针的植入会引起材料纤维发生变向,造成富树脂区,降低面内性能。本文提出了一种考虑固化残余应力影响的Z-pin增韧复合材料面内压缩性能的预测方法。通过分析Z-pin增韧结构的细观形貌,建立... Z-pin增韧技术可有效提高复合材料层间性能,但pin针的植入会引起材料纤维发生变向,造成富树脂区,降低面内性能。本文提出了一种考虑固化残余应力影响的Z-pin增韧复合材料面内压缩性能的预测方法。通过分析Z-pin增韧结构的细观形貌,建立了代表性单胞模型;充分考虑各组分材料的固化时变特性,建立了Z-pin增韧结构下的热-力-化学多场耦合模型;将前期计算得到的固化残余应力场作为预定义场带入面内压缩性能计算,得到的仿真结果与实验吻合度高。研究发现,固化过程中Z-pin周围会聚集大量残余应力,因而在压缩载荷下,Z-pin周围的材料性能较弱会最先产生裂纹缺陷,并逐渐向富树脂区扩展;纤维变向、富树脂区和固化残余应力的存在会显著降低增韧后复合材料的面内压缩性能。 展开更多
关键词 z-pin 复合材料 纤维弯曲 固化成型 残余应力 有限元仿真 压缩性能
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Z-pin植入对二维机织复合材料层合板力学性能影响的数值模拟 被引量:11
15
作者 张涛涛 周洪 +1 位作者 史文华 燕瑛 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期295-303,共9页
针对植入Z-pin后的碳纤维增强平纹机织复合材料的微观结构,建立了含Z-pin机织复合材料单层板和层合板的单胞模型。预测了Z-pin直径、分布间隔对单层板的面内纵向拉伸力学性能的影响,发现含有Z-pin的机织复合材料单胞在受面内拉伸时,会在... 针对植入Z-pin后的碳纤维增强平纹机织复合材料的微观结构,建立了含Z-pin机织复合材料单层板和层合板的单胞模型。预测了Z-pin直径、分布间隔对单层板的面内纵向拉伸力学性能的影响,发现含有Z-pin的机织复合材料单胞在受面内拉伸时,会在Z-pin附近出现应力集中,单胞首先会在应力集中区域发生失效而导致强度降低。通过三维单胞模型模拟了Z-pin在层合板中拉出脱离的过程,得出了不同Z-pin直径、不同分离层厚度下的拉拔力-位移曲线。建立了用非线性弹簧模拟Z-pin的双悬臂梁(DCB)模型,结合虚拟裂纹闭合技术(VCCT),模拟了含有Z-pin复合材料层合板的Ⅰ型裂纹扩展,结果表明:Z-pin直径越大,分布越密,层合板的等效Ⅰ型应变能释放率GIC越大,且直径越大,GIC随裂纹扩展的波动幅度越大,分布越密,GIC波动的波长越小。 展开更多
关键词 z-pins 机织复合材料 单胞模型 面内力学性能 非线性弹簧元 双悬臂梁 Ⅰ型层间韧性
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Z-pin植入参数对X-Cor夹层复合材料力学性能的影响 被引量:14
16
作者 郝继军 张佐光 +2 位作者 张蕾 李敏 孙志杰 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期763-768,共6页
X-Cor夹层复合材料是一种新型的Z-pin增强泡沫夹层结构,具有突出的比强度、比刚度。采用热压成型工艺,在不同的Z-pin植入参数下制备了X-Cor夹层复合材料,并对这种结构材料的平压和剪切力学性能进行了研究,考察了植入角度、植入密度、植... X-Cor夹层复合材料是一种新型的Z-pin增强泡沫夹层结构,具有突出的比强度、比刚度。采用热压成型工艺,在不同的Z-pin植入参数下制备了X-Cor夹层复合材料,并对这种结构材料的平压和剪切力学性能进行了研究,考察了植入角度、植入密度、植入方向等参数的影响规律。结果表明,Z-pin植入参数对X-Cor夹层复合材料的平压性能和剪切性能影响显著。X-Cor夹层复合材料平压性能随Z-pin植入角度和植入密度的增大而增加,植入角度达到90°时,X-Cor夹层复合材料平压强度及模量最大;剪切性能随Z-pin植入角度的增大而减小,实验范围内,植入角度为45°时,剪切强度和模量最大;同时,X桁架的植入方向对剪切性能也有很大影响,相同Z-pin植入密度下,沿试样长度方向植入的X桁架含量增加时,夹层复合材料的剪切模量增加;X-Cor夹层复合材料的平压性能和剪切性能随Z-pin植入角度的变化规律相反,Z-pin植入角度在60°~70°之间时,X-Cor夹层复合材料平压性能与剪切性能均达到较高值。 展开更多
关键词 复合材料 夹层结构 力学性能 热压成型 z-pin
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Z-pin参数对复合材料T型接头拉脱承载能力的影响 被引量:11
17
作者 李梦佳 陈普会 +3 位作者 孔斌 彭涛 姚正兰 邱学仕 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期571-578,共8页
利用二维平面应变模型对Z-pin增强T型接头试样进行失效分析,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况,通过在分层的上下界面加入非线性弹簧元模拟Z-pin的增强作用,非线性弹簧元的力学性能(桥联律)由细观力学方法获得,数值结果与试验值吻合较... 利用二维平面应变模型对Z-pin增强T型接头试样进行失效分析,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况,通过在分层的上下界面加入非线性弹簧元模拟Z-pin的增强作用,非线性弹簧元的力学性能(桥联律)由细观力学方法获得,数值结果与试验值吻合较好。在已验证有限元方法的基础上,研究了Z-pin直径、密度及植入角度等对T型接头拉脱承载能力的影响。结果表明:Z-pin增强可显著提高T型接头的拉脱承载能力,与未Z-pin增强的T型接头相比,Z-pin增强明显延缓了掉载;T型接头的拉脱承载能力随Z-pin直径和密度的增加而增大,随植入角度的增大而减小;在所研究的角度范围内,当植入角度为60°时,T型接头的拉脱承载能力最好;Z-pin直径和密度对拉脱承载能力的影响远比植入角度的影响显著。 展开更多
关键词 复合材料 T型接头 z-pin 非线性弹簧 桥联律
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Z-pin增强复合材料层合板拉伸性能的试验研究及模拟分析 被引量:8
18
作者 李成虎 燕瑛 +2 位作者 崔玉波 齐德胜 温永海 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期2435-2441,共7页
针对Z-pin增强复合材料层合板的拉伸性能进行了试验研究及模拟分析。拉伸试验研究了3种铺层方式的层合板:[0]6;[90]12;[45/0/-45/90]2S。模拟分析将根据引入Z-pin造成的复合材料层合板微观结构变化建立单胞模型来进行,通过调整单元材料... 针对Z-pin增强复合材料层合板的拉伸性能进行了试验研究及模拟分析。拉伸试验研究了3种铺层方式的层合板:[0]6;[90]12;[45/0/-45/90]2S。模拟分析将根据引入Z-pin造成的复合材料层合板微观结构变化建立单胞模型来进行,通过调整单元材料坐标系的1方向来模拟Z-pin周边纤维偏转。通过试验研究和模拟分析得出了Z-pin对3种层合板拉伸强度的影响程度。研究表明Z-pin引入造成的面内纤维含量降低(由树脂富裕区引起)和纤维方向偏转(包括纤维面内偏转和厚度方向卷曲)是层合板拉伸性能降低的主要原因。通过模拟分析进一步得出:对于[0]6铺层层合板,Z-pin插入引起的纤维面内偏转是面内拉伸强度降低的主要因素;对于准各向同性层合板,Z-pin插入产生的树脂富裕区(降低了纤维含量)是面内拉伸强度降低的主要因素。 展开更多
关键词 z-pin 层合板 拉伸性能 单胞 偏转
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z-pin增韧复合材料层合板低速冲击损伤过程研究 被引量:19
19
作者 滕锦 李斌太 庄茁 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2006年第A01期209-216,共8页
从z-pin增韧复合材料层合板低速冲击实验出发,考虑了复合材料层合板在受低速冲击时的分层及基体开裂等四种损伤形式,引入适当的损伤判据,对T300/3234碳纤维树脂基复合材料层合板的低速冲击损伤过程进行有限元模拟。结果表明,采用碳纤维... 从z-pin增韧复合材料层合板低速冲击实验出发,考虑了复合材料层合板在受低速冲击时的分层及基体开裂等四种损伤形式,引入适当的损伤判据,对T300/3234碳纤维树脂基复合材料层合板的低速冲击损伤过程进行有限元模拟。结果表明,采用碳纤维钉z-pin增韧使得冲击后层间分层区域面积减小50%左右,有限元结果与实验数据吻合。 展开更多
关键词 z-pin增韧 低速冲击损伤 分层 有限元模拟 失效准则
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Z-pin增强复合材料层合板断裂韧性试验研究 被引量:20
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作者 郑锡涛 李泽江 杨帆 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期180-188,共9页
针对Z-pin增强复合材料层合板,开展了断裂韧性的试验研究。研究选取了3种Z-pin直径(0.28、0.52、0.80 mm)且每种直径下分别以3种分布形式(5×5、8×8、10×10)排布Z-pin的增强方式,为了确定比较基准,试验中同时测试了不含Z-... 针对Z-pin增强复合材料层合板,开展了断裂韧性的试验研究。研究选取了3种Z-pin直径(0.28、0.52、0.80 mm)且每种直径下分别以3种分布形式(5×5、8×8、10×10)排布Z-pin的增强方式,为了确定比较基准,试验中同时测试了不含Z-pin的复合材料层合板试样。通过Z-pin拔出试验测试了3种直径Z-pin从基体拔出过程中的载荷-位移关系。利用双悬臂梁试验和端部开口弯曲试验分别测试了不含Z-pin和含Z-pin试样的Ⅰ型断裂应变能释放率G_(ⅠC)、Ⅱ型断裂应变能释放率G_(ⅡC)。试验结果表明:与不含Z-pin的结构相比,Z-pin增强试样的Ⅰ型断裂应变能释放率G_(ⅠC)增大了83%~1110%,Ⅱ型断裂应变能释放率G_(ⅡC)增大了23%~438%;在相同Z-pin体积含量下,与增大Z-pin直径相比,增大Z-pin分布密度能更有效地提高复合材料层合板的断裂韧性。 展开更多
关键词 z-pin增强 Ⅰ型断裂 Ⅱ型断裂 应变能释放率 断裂韧性
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