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

来源期刊：复合材料学报2014年第2期

论文作者：张涛涛 燕瑛

文章页码：295 - 303

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;

摘    要：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。