摘要：为了解决目前z-pin过渡植入可靠性差、精度差和效率低的技术问题,提出了一种新型的z-pin过渡植入方法,将z-pin分两次植入泡沫基板中,对两次植入深度分配原理、动作模型工作原理和植入效果增强原理进行了研究,最终得到了一套完善的z-pin过渡植入工艺流程,依据该工艺流程设计了一套集成了z-pin输送、压紧、切割等功能的高性能z-pin过渡植入机构,利用该机构及植入工艺方法进行了z-pin过渡植入典型矩阵的工艺试验并记录数据。试验结果表明,植入机构运行平稳,自动化动作顺畅,植入可靠性高,加工效率高,z-pin长度、植入深度、角度等技术指标满足预期要求,证明了机构结构方案及植入方法的正确性和合理性。

摘要：利用三维有限元模型对z-pin/缝合增强试验件进行有限元分析,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况,通过在分层的上下界面加入非线性弹簧元来模拟z-pin/缝合的增强机制,非线性弹簧元的力学性能(桥联律)由细观力学方法获得。通过与试验结果的对比发现,由于未进行界面增强的T型结构的剪切承载能力已较高,zpin/缝合增强较难提高T型接头的剪切承载能力。从少数几种可提高T型接头的剪切承载能力的增强方案中可看到,应选择拉伸强度较高而拉伸模量较低的缝线来进行T型接头剪切界面增强设计。

摘要：利用内聚力模型建立了z-pin增强复合材料T型接头拉伸破坏过程的数值分析模型,并对z-pin的分布进行参数分析.通过z-pin桥联试验得到z-pin拔出的位移-载荷曲线,再将该曲线转化为z-pin所在区域的界面单元属性,从而模拟z-pin对T型接头性能的增强效果.通过静力拉伸试验验证了该模型的可靠性.在此基础上分析了不同z-pin分布对T型接头拉伸性能的影响,结果表明:z-pin列距越小则拉脱载荷及极限位移越大,z-pin行距的变化对结构承载能力影响较小,而z-pin与中轴面的距离增大会使拉脱载荷呈线性减小的变化趋势.

摘要：采用细观力学方法以及虚拟裂纹闭合法(VCCT)对含有z-pin增强复合材料双悬臂梁(DCB)结构Ⅰ型断裂韧性进行了研究。利用有限元法建立了结构模型,采用实体单元模拟复合材料层压板结构和非线性弹簧元模拟z-pin。通过计算应变能释放率对含有不同体积分数z-pin的复合材料层压板Ⅰ型断裂韧性与不含z-pin的复合材料层压板Ⅰ型断裂韧性进行了对比分析。研究表明,含有z-pin增强复合材料双悬臂梁(DCB)结构Ⅰ型断裂韧性在裂纹扩展过程中受到z-pin桥联作用的影响而显著增强,且其增强效果与z-pin的体积分数、处在桥联区的z-pin数目均相关,这表明z-pin增强方法能够有效提高复合材料层压板的分层扩展阻力。

摘要：利用二维平面应变模型对z-pin增强T型接头试样进行失效分析,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况,通过在分层的上下界面加入非线性弹簧元模拟z-pin的增强作用,非线性弹簧元的力学性能(桥联律)由细观力学方法获得,数值结果与试验值吻合较好。在已验证有限元方法的基础上,研究了z-pin直径、密度及植入角度等对T型接头拉脱承载能力的影响。结果表明:z-pin增强可显著提高T型接头的拉脱承载能力,与未z-pin增强的T型接头相比,z-pin增强明显延缓了掉载;T型接头的拉脱承载能力随z-pin直径和密度的增加而增大,随植入角度的增大而减小;在所研究的角度范围内,当植入角度为60°时,T型接头的拉脱承载能力最好;z-pin直径和密度对拉脱承载能力的影响远比植入角度的影响显著。

摘要：在关于拉脱载荷下z-pin增强T型接头的有限元模拟方法基础上,通过对2组蒙皮厚度分别为7.2mm和4.0mm的试验件的试验结果进行分析,研究了T型接头蒙皮厚度对z-pin增强效果的影响。结果表明:z-pin增强效果随着蒙皮厚度的减小而增大。蒙皮厚度大于5mm,z-pin不能提高结构的最大承载能力,但可显著提高结构首次掉载后的承载性能,使T型接头在较大的加载位移下仍保持较高的承载能力;无论蒙皮厚薄,结构首次掉载后,各z-pin增强T型接头可达到的载荷平台是相当的,且该载荷平台随蒙皮的变厚有降低的趋势。

摘要：针对层合结构层间增强技术中z-pin过渡植入的高可靠性、高效率需求,开发了一种可进行5根z-pin同时植入的高性能装置,由龙门式底座、直线伺服轴进给系统及集成输送、压紧、切断等功能的植入头组件以及装置所涉及到的电气控制系统、气动系统组成。利用该装置进行z-pin过渡植入的功能性试验,总结发现方案存在的问题,对装置的机械结构进行优化设计,利用优化后的装置进行工艺试验,结果表明,所研发的装置在进行z-pin过渡植入加工时运行稳定,植入可靠性高,加工效率高,z-pin植入的位置、深度、角度精确,满足产品的技术指标要求。

摘要：为提高复合材料T型接头结构的拉伸强度,对接头中胶膜属性、圆弧区填充物属性和z-pin增强三种结构参数对T型接头强度的影响进行了研究。设计了两种不同胶膜属性、两种不同填充材料和有无z-pin的同尺寸试验件,完成拉伸试验,测得极限位移和极限拉伸强度,并进行了对比分析,同时研究了不同T型接头的损伤演化过程。结果表明:J299胶膜复合材料T型接头的极限位移和极限载荷相比于J116B胶膜分别提高了57.8%和64.7%;zXC195增强芯复合材料T型接头的极限位移和极限载荷相比于单向带材料分别提高了51.7%和30.3%;z-pin钉对复合材料T型接头的极限位移和极限载荷分别提高了190.8%和31.9%。三种结构参数均只影响接头的极限载荷和极限位移的大小,接头的整体刚度没有改变。胶膜属性对接头极限载荷的提高影响最大,而z-pin对接头的极限位移提高影响最大。

摘要：作为一种新型复合材料夹层结构,X-cor夹层结构具有高刚性、抗冲击、损伤容限大等优点,可以取代传统蜂窝夹层结构作为航空航天器主承力结构材料。X-cor夹层结构的突出优点是具有可设计性,通过改变面板、芯材和增强物的几何物理参数,可以获得需要的力学性能。本文综述了国内外X-cor夹层结构力学性能的实验研究进展,讨论了静态载荷和动态载荷下X-cor夹层结构的力学性能、损伤机理和失效模式,提出了X-cor夹层结构尚需深入研究的各类问题。

摘要：设计了一种新型z-pin,其螺旋形的几何结构可以显著提高对层合板的层间增强效果。制备了4种不同螺旋度(包括一组无螺旋结构)的z-pin样品,通过拉伸试验和层间拔出试验测试了z-pin的抗拉强度和层间拔出强力。结果发现:随着螺旋度的提高,z-pin的抗拉强度逐渐降低,层间拔出强力逐渐提高。