圖 10 X2Cor夾層復合材料剪切強度和模量隨 Z2pin植入角度的變化 Fig110 Shear strength and module of X2Cor sandwich composite vs inserting angle of Z2pin
對于剪切試樣 ,X桁架的植入方向對剪切性能存在較大影響。植入方向有沿試樣長度方向 (L方向 )和沿試樣寬度方向 (W方向 )兩種 ,如圖 11所示。本文在相同的 Z2pin植入密度下 ,改變 L ,W方向 X桁架的比例 ,研究了 X2Cor夾層復合材料剪切強度以及模量的變化規律。
的增大 ,剪切模量逐漸增大。這是由于沿 W方向植入的 X桁架在承受剪應力時轉矩較大 ,容易發生轉動 ,對夾層結構的剪切模量貢獻較小。而 L方向的 X桁架承受的轉矩較小 ,以 Z2pin承受軸向拉壓應力為主 ,有利于結構的穩定性。因此 ,隨著 L方向 X桁架含量的增加 ,剪切模量增加。
圖 12 X2Cor夾層復合材料剪切強度和模量隨 X桁架植入方向的變化 Fig1 12 Shear strength and module of X2Cor sandwich composite vs inserting directions of X2truss
X2Cor夾層復合材料的剪切強度隨 L方向 X桁架含量的增加呈現出反 S曲線變化規律。當 L方向 X桁架含量為 0時 (即全部為 W方向 ) ,X2 Cor夾層復合材料的剪切強度最低 ,當 L方向桁架含量為 25 %時 ,X2Cor夾層復合材料的剪切強度卻上升至最大 ,甚至超過了 L方向 X桁架含量為 100 %時的剪切強度。而 L方向的 X桁架含量為 75 %時 ,剪切強度卻大幅降低。形成這種規律的原因可能與兩種方向 Z2pin與泡沫的復合效應以及結構的破壞模式有關。
綜合上述實驗可以看出 ,X2Cor夾層復合材料的平壓性能和剪切性能隨 Z2pin植入角度的變化規律是相反的 ,即植入角度增加 ,X2Cor夾層復合材料的平壓性能逐漸增強 ,剪切性能逐漸下降。
由圖 13可以看出 ,綜合考慮抗剪與抗壓剛度 , Z2pin的植入角度在 60°～70°之間時 ,X2Cor夾層復合材料平壓性能與剪切性能均達到較高值。
圖 13 植入角度對 X2Cor夾層復合材料平壓和剪切性能的影響 Fig1 13 Compression and shear properties of X2Cor sandwich composite vs Z2pin inserting angle
X2Cor夾層復合材料的力學性能與結構參數緊密聯系 ,具有很強的可設計性。可以根據應用部位以及承受載荷的方向和大小 ,選取適當結構參數 ,如 :Z2pin植入角度和密度、 X桁架植入方向等 ,以滿足實際需要。
3 結 論
實驗研究了 Z2pin植入角度、植入密度、植入方向等參數對 X2Cor夾層復合材料平壓性能和
[ 11 ] Cartie D D ,
The effect of pin reinforcement
pin的植入角度在 60°～70°之間時 ,平壓性能與剪upon the through2thickness compressive strength of foam2切性能均達到較高值。
cored sandwich panels[J ]. Composites Science and Tech2
參 考 文 獻 nology , 2003 , 63 (16) : 240122409.
[ 12 ] MarascoAI,CartieDDR,PartridgeIK,etal. Mechan2
[1] 沃丁柱 .
剪切性能的影響規律 ,得到以下結論 :
(1) X2Cor夾層復合材料平壓性能隨 Z2pin植入角度和植入密度的增加而增大。
(2) X2Cor夾層復合材料剪切性能隨 Z2pin植入角度的增大而減小。實驗范圍內 ,植入角度為 45°時 ,剪切強度和模量最大。同時 ,X桁架的植入方向對剪切性能有較大影響。隨著 L方向的 X桁架含量的增加 ,X2Cor夾層復合材料的剪切模量增大。
(3) X2Cor夾層復合材料的平壓性能和剪切性能隨 Z2pin植入角度的變化規律是相反的。 Z2
Encyclopedia of composites[M]. Beijing: Chemical Industry Press , 2000 : 2622270. (in Chinese)
[2] 杜善義 ,章繼峰 ,張博明 .先進復合材料格柵結構 ( A GS)應用與研究進展 [J ].航空學報 ,2007 ,28 (2) :4192424. Du Shanyi , Zhang Jifeng , Zhang Boming. Overview of ap2 plication and research on advanced composite grid struc2 tures[J]. ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2007, 28 (2) : 4192424. (in Chinese)
[3] 顏鴻斌 ,孫紅衛 ,凌英 ,等 ,樹脂基復合材料 /泡沫塑料夾層結構成型技術研究進展 [J ].宇航材料工藝 ,2004 (1) : 122
15.
Yan Hongbin , Sun Hongwei , Ling Ying , et al. Progress
of moulding technology resin2matrix composite/ foam plas2
tic sandwich [J ]. Aerospace Materials and Technology ,
2004 (1) : 12215.
[4] 王興業 ,楊孚標 ,曾竟成 ,等.夾層結構復合材料設計原理及其應用 [M].北京 :化學工業出版社 ,2007 :1822196. Wang xingye , Yang fubiao , Zeng Jingcheng , et al. Design theory and application of sandwich composites[M]. Bei2 jing : Chemical Industry Press , 2007 : 1822196. (in Chi2 nese)
[5] Seibert H. Applications for PMI foam in aerospace sand2 wich structures[C] ∥ RP Asia Conference and Proceed2 ings. Bangkok : Elsevier Advanced Technology , 2005.
[6] Carstensen T , Cournoyer D , Kunkel E , et al. X2Cor TM advanced sandwich core material[C]//33rd International SAMPE Technical Conference. Seattle: Society for the Advancement of Material and Process Engineering , 2001 : 4522466.
[7] O’Brien T K, Paris I L. Exploratory investigation of fail2 ure mechanisms in transition regions between solid lami2 nates and X2Cor truss sandwich [J ]. Composite Struc2 tures , 2002 , 57 (124) : 1892204.
[8] Vaidya U K, Kamath M V, Hosur M V, et al. Low ve2
locity and compression2after2impact response of pin2rein2 forced sandwich composites [ C ] ∥ ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. 1999 : 1210.
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