开孔碳纤维层合板

峰值载荷预测误差<10%

通过优化开孔形状与长宽比，显著提升含开孔复合材料层合板的承载能力，为航空复合材料结构开孔设计提供参考。

Liu, Zhengliang · 闫雷雷 · Zhen, Wu · 周杰

Engineering Fracture Mechanics 2024

参数信息

平均峰值载荷增幅（椭圆/圆）

20.0 %

平均峰值载荷差异（矩形/方形）

-12.3 %

数值预测峰值载荷最大误差

10 %

技术优势

预测误差小于10%

结合应变失效准则和修正的指数损伤变量建立了三维渐进损伤模型，能够准确预测不同开孔层合板的峰值载荷。

椭圆开孔提升20%峰值载荷

实验表明，椭圆开孔（a/b=4）的平均峰值载荷比圆形开孔（a/b=1）高20.0%，且高应变在孔边分散分布有助于提高承载能力。

应用场景

• 航空复合材料结构设计：通过优选开孔形状与长宽比，在保持结构减重的同时提升承载能力，为飞机蒙皮、翼肋等含孔部件提供设计依据。
• 飞机开口结构分析：获得不同开孔形状下孔边应变场与失效模式，为飞机开口结构的强度校核和细节设计提供实验与数值数据。
• 复合材料损伤容限评估：通过渐进损伤模型预测含开孔层合板的峰值载荷与失效过程，用于评估结构在孔边损伤下的剩余强度。
• 先进复合材料力学：结合应变准则与修正损伤变量，揭示开孔形状对承载机理的影响机制，为复合材料力学行为研究提供新认识。