[发明专利]一种新的提高含偏心孔复合材料层合板抗拉能力的方法

说明书

本发明公开一种能够改善含偏心孔复合材料层合板孔边应力集中的方法，其特征是根据带偏心孔层合板在一定载荷下的最大主应力方向，利用流体在流动时产生的速度流线最大程度的拟合最大主应力方向获得预浸料窄带曲线铺放的轨迹，制备预浸料窄带曲线铺放的层合板来改善含偏心孔层合板孔边应力集中。首先获得传统直线铺放层合板不同点位的最大主应力方向，其次根据获得的最大主应力方向模拟流体在管道中的流动趋势，最后获得速度流线。在获得速度流线前需要建立合适的管道模型并对各项参数进行设置。该方法充分利用的了流体在管道中流动时形成的速度流线，不仅操作简单，更重要的是能够改善孔边应力集中，提高层合板的承载能力。

技术领域

本发明涉及利用流体的速度流线来生成预浸料窄带的铺放轨迹，提高含偏心孔复合材料层合板的抗拉能力。

背景技术

碳纤维复合材料具有比强度高，比模量高，耐疲劳，耐腐蚀及可设计性等优点，广泛应用于航空航天，医学，建筑，能源等领域，受到人们越来越多的关注。在实际应用中，常需要在复合材料层合板上开孔或槽，这会导致在孔或槽周围产生应力集中，降低层合板的承载能力。随着复合材料在各个领域的发展，对复合材料的结构提出了更高的要求。

传统的复合材料层合板多采用直线单层板层叠制备，单向预浸料铺层板多为0°，90°，±45°铺层方向，碳纤维的可设计性受到限制，也不能充分发挥碳纤维的承载能力，且在制备过程中也存在浪费量大的问题。随着丝束铺放技术和自动化技术的发展，已经可以实现单层板内不同位置处纤维角度连续变化的轨迹的铺放。

较早的纤维轨迹设计方法是先设计出一条通过中心点的参考轨迹，通过平移法或者平行法获得整个板的铺放轨迹，但平移法会导致纤维重叠或存在空隙，平行法则会使相邻两层的刚度变化不平衡，这些都会对层合板的性能产生影响。目前对于纤维铺放轨迹的设计有了更多的方法，有些方法能够较好的规划出纤维铺放轨迹，但是设计参数较多，计算量比较大，实现过程复杂，有些方法规划出的轨迹，虽然能提高复合材料层合板的力学性能，但是其在纤维排布以及制造方面存在问题。

目前，虽然纤维铺放轨迹的设计方法有所增加，但是有些设计方法只适用于某些特定的载荷工况。对于螺栓连接单钉双剪层合板孔边应力集中的改善还需要设计出一种行之有效的铺放轨迹。

发明内容

本发明要解决的问题是：克服现有技术的不足，提出一种能够改善螺栓连接单钉双剪层合板孔边应力集中，提高层合板承载能力的方法。按照本发明权利要求1特征的方法实现目标，通过接下来从属权利要求的特征具体阐述本发明。

利用有限元方法分析，建立带偏心孔复合材料层合板的几何模型，通过合适的载荷施加方式及边界条件设置方式可以得到复合材料层合板在单钉双剪受力工况下的简化受力模型，运行该模型。模型成功运行完成后，对其应力云图进行观察，能够直观地了解到整个层合板应力的大致分布情况。对运行后的部分数据进行处理，得到模型各个单元积分点的坐标和最大主应力大小及方向(利用获得的最大主应力的大小也能大致确定层合板的应力分布情况)，然后利用获得的数据编写绘图程序，绘制出层合板最大主应力方向，确定孔周围区域以及其他区域最大主应力方向分布的特点。由此，可以确定层合板不同区域的应力其最大主应力方向具有怎样的特点。