弯曲织物碳纤维增强复合材料层板的疲劳与静态损伤

摘要整理

弯曲交叉铺层层板在静态和疲劳载荷下的失效机制已被广泛研究，但对飞机机翼结构中弯曲支撑件最常用的织物铺层类型的研究仍存在空白。本研究对单向（UD）和织物碳纤维增强复合材料（CFRP）层板进行了对比研究，以阐明层板复合材料在疲劳和静态载荷下的失效起始机制。研究的关键点在于采用商用飞机中实际应用的织物层板铺层序列进行分析，同时将单向层板作为对照以比较实际复杂铺层与最简单铺层的差异。实验结果表明，静态和疲劳失效均大致在最大径向应力位置（距内半径约35%厚度处）处起始。对于UD层板，静态和疲劳载荷下的失效机制无明显差异。而对于织物层板，疲劳失效表现为在最大径向应力位置处出现单一主裂纹（与UD层板相似），而静态失效则表现为在该位置出现多条扩散裂纹。此外，裂纹主要以层内裂纹形式扩展，并伴随偶发的层间裂纹区域。研究结果为弯曲织物CFRP层板的设计和使用提供了重要的失效机制参考。

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