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钛复合板层间应力概念及产生原因

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钛复合板层间应力概念及产生原因

安徽金元素钛复合板理论中,假设组成复合板的每一个钛复合板处于平面应力状态,层与层之间不存在应力。这种假设对远离复合板.自由边界区域是.精确的,但在复合板的自由边界附近,传力路线中断.由于变形协调的需要,被切断纤维的自由端要把载荷传通劃相邻层的纤维上,如果相邻层纤维铺向不一致,基体就成了相.今限之间载荷传递的唯一路径.这种載荷在基体中产生的应力称为层间应力,而且在自由边附近具有应力集中的性质,足以引起自由边区域的徴裂纹及边缘分层。

层间应力的产生是由于自由边附近_纤维的传力路径被切断,要维持自由边界变形的一致性只有靠层间应力,而且相邻层的剪切刚度和泊松系数差别越大,层问应力就越大。因此,只要钛复合板受机械裁荷或热裁荷作用,在自由边附近必产生层间应力。复合板的铺层方式不同,层间应力也不尽相同,一般来说,层间应力主要有层同剪切应力r長和r以及正应力其作用范围约为自由边复合板厚度的1~1.5倍。

为了进一步说明层间应力的产生原因,可以通.过典型复合板的变形进行分析,设由0°层和90°层组成的正交钛复合板,如果在两端受N.拉伸我荷作用,总体变形如图4.15(a)所示.假设0°层和90°层不是固化在一起,而是简单叠合后受力,显然,0°层的積向泊松系数要比90°层的纵向泊松系数大很多,两个复合板在垂直载荷方向的变形差昇较大,要保持复合板两侧自由边界变形一致,两不层之间就必然产生相互制釣的层间剪切应力。

这样,作用在两个层之间界面上的应力r、.与层内应力.σ.平衡,但两者方向相反,不作用在同一平面内,因此,在自由边附近必然还要产生附加弯矩,这个弯矩必须由按某种形式分布的σ.来平衡。这样,在自由边附近的0°层和90°层界面上就产生了剪应力。