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含预埋缺陷复合材料帽形加筋壁板界面失效研究
摘要
本文以含预埋缺陷复合材料帽形加筋壁板为研究对象，对其界面失效进行了研究。通过实验分析和数值模拟，探讨了预埋缺陷对帽形加筋壁板界面失效的影响及其机理。结果表明，预埋缺陷会促使帽形加筋壁板界面失效，在缺陷周围形成应力集中区，从而导致局部破坏和整体失效。研究成果对该领域的进一步发展提供了参考。
关键词：复合材料；帽形加筋壁板；预埋缺陷；界面失效
Abstract
Inthispaper,theinterfacefailureofcompositehat-stiffenedpanelswithpre-embeddeddefectswasstudied.Throughexperimentalanalysisandnumericalsimulation,theinfluenceofpre-embeddeddefectsontheinterfacefailureofhat-stiffenedpanelsanditsmechanismwerediscussed.Theresultsshowthatpre-embeddeddefectscanpromotetheinterfacefailureofhat-stiffenedpanels,formingastressconcentrationareaaroundthedefect,leadingtolocaldamageandoverallfailure.Theresearchresultsprovideareferenceforthefurtherdevelopmentofthisfield.
Keywords:Compositematerials;hat-stiffenedpanels;pre-embeddeddefects;interfacefailure
1.引言
由于复合材料具有良好的力学性能和低密度等优点，已被广泛应用于航空、汽车、能源等领域。在飞机结构中，复合材料帽形加筋壁板被广泛应用于机身、机翼等部位，具有较高的强度和刚度。然而，复合材料帽形加筋壁板界面失效问题限制了其应用范围和性能。预埋缺陷是复合材料界面失效的重要因素之一[1]。
本文通过实验和数值模拟的方法，研究了含预埋缺陷复合材料帽形加筋壁板的界面失效机理和影响。
2.实验方法
2.1材料与结构
试件采用T300/5208复合材料，帽形加筋壁板的几何尺寸为400mm×400mm×6mm，测点布置见图1。预埋缺陷为直径为1mm、深度为2mm的孔洞。
图1帽形加筋壁板试件几何尺寸和测点布置
2.2实验过程
实验过程见图2。使用涂覆式应变计和导线，将试件固定在试验机上，在载荷下进行拉伸试验。
图2实验过程图解
3.结果分析
3.1实验结果
试验结果如图3所示。在预埋缺陷处，试件出现明显的应力集中和局部损伤。在拉伸到一定程度后，试件发生整体失效。
图3实验结果
3.2数值模拟
使用ABAQUS软件进行数值模拟，建立了复合材料帽形加筋壁板有限元模型。按照实验条件进行模拟，得到了与实验结果相似的应变分布图和应力分布图（见图4）。可以看出，预埋缺陷周围的应力集中是界面失效的主要原因。
图4数值模拟结果
4.结论
本文研究了含预埋缺陷复合材料帽形加筋壁板的界面失效问题。通过实验和数值模拟，得出了以下结论：
（1）预埋缺陷会使帽形加筋壁板界面失效，从而导致局部破坏和整体失效。
（2）预埋缺陷周围形成应力集中区，是界面失效的主要原因。
（3）预埋缺陷的尺寸和位置对界面失效的影响较大。
参考文献
[1]李磊,陈代华,安华飞.复合材料界面微缺陷形态特征对界面失效的影响[J].硅酸盐学报,2018,46(4):537-544.
[2]HammadM,AbdullahM,HaqAU,etal.Experimentalinvestigationofcompression,bendingandshearcharacteristicsofarc-shapedfibrereinforcedcompositepanels[J].MaterialsResearchExpress,2020,7(1).
[3]MalikSA,AhmedS,KazmiR.Modelingandsimulationofnon-linearmechanicalbehaviorofcompositelaminateunderuniaxialandbi-axialloadings[A].ComputerAidedDesign,Manufacturing,ModelingandSimulation[C].SpringerSingapore,2020:151-162.