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復合材料設計時詳細尺寸(計算機程序)設計

嘉峪檢測網        2022-11-24 15:01

市場上有幾種層壓板計算機程序可供選擇,其中較簡單的程序采用“經典層壓板理論”方法,該方法是通過點應力分析和失效標準的選擇給出的。用戶輸入包括材料數據庫(鋪層工程特性)、鋪層配置、載荷和環境條件(工作溫度和濕度)。這樣的程序相對便宜,大約從100美元到500美元不等。
 
或者,也可以在Excel、MathCAD或Matlab等上開發自己的程序。在這里使用了一個名為GENLAM的相當老的程序(基于DOS系統),因為它在一個簡單的可讀文件中提供了大量的輸出。
 
引用此前的示例,E玻璃纖維/環氧樹脂層壓板中所需的剛度比(Edesign/Eply)為0.6,建議在[0,±45,90]中疊層的百分比為[50/30/20]。如果設計應變約為4000µ應變(0.4%),且層壓結構為[±45,02,90,02,±45,002,90]s,則所得分析結果如下:
 
工程剛度矩陣(A、B、D)為:
 

 
從中我們可以看出,當0度層數多于90度層數時,A11(26.689 GPa)要比A22(16.431 GPa)大得多;當A16 = A26 = 0時,層合板在平面內平衡,+45度層和-45度層的比例相等;當拉伸/彎曲耦合剛度矩陣[B] = 0時,層合板具有背板對稱性。還要注意的是,彎曲剛度矩陣[D]的大小與平面內剛度矩陣[A]相似,并且在彎曲時層壓板只會輕微扭曲,因為D16=D26=0.401 GPa與D11=25.601 GPa相比較小。
 
然后將這些關系計算為平面內模量、泊松比、CTE、水分膨脹系數和抗彎剛度模量的工程特性:
 
平面內工程常數:
 
 
彎曲工程常數
 
我們注意到,基于Eply = 40 GPa,因此設計剛度Edesign = 24 GPa,已達到所需剛度。
 
結果文件中也給出了設計荷載和應力:
 

 
這表明最終失效的安全系數(基于鋪層纖維方向拉伸強度為1060 MPa)為FS = 8.3。該程序根據選定的失效標準計算每層的FS。在這種情況下,選擇了二次失效標準,第一層和最終失效FS結果如下:
 
 
這表明,層壓板在剛超過施加載荷一半的情況下開始在基體中開裂,但在最終斷裂之前可以承受5倍的載荷。該程序還建議了哪些層最先失效以及漸進失效模式。
 
基于這些簡單的程序,我們可以開發層壓板設計的點應力/應變和工程特性。未來的工作將關注結構構件(梁和板)的細節,以及關注結構細節的其他程序。
 
 

 
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來源:Internet

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