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尾巨桉/金属复合材料是目前木质复合材料研究热点之一,其中单层材料的铺层方式是影响其弯曲刚度主要因素之一。论文研究了尾巨桉/金属复合材料在[0/(0/90)/90]s与[0/(±45)/90]s两种铺装方式下弯曲弹性模量的变化规律,对比了两种铺层方式之间弯曲弹性模量的差异,结果表明在[0/(0/90)/90]s和[0/(±45)/90]s两种铺装方式下,尾巨桉/不锈钢金属网复合材料和尾巨桉/铁网复合材料的弹性模量均随增强金属网目数的增加而减小。对于[0/(0/90)/90]s铺层方式尾巨桉/不锈钢金属网复合材料和尾巨桉/铁网复合材料的弹性模量都小于[0/(±45)/90]s铺层方式下尾巨桉/金属复合材料的弹性模量。并在铺装方式及增强金属网目数都相同的情况下,尾巨桉/不锈钢金属网复合材料的弹性模量要大于尾巨桉/铁网复合材料的弹性模量。
为了合理设计与优化尾巨桉/金属复合材料的制造加工过程,论文根据经典层合板理论与一阶剪切变形理论分别对20、40与60目三种尾巨桉/金属复合材料建立弯曲刚度预测模型,通过理论值与实测值综合比较表明,基于经典层合板理论模型的预测精度更高,并且经典层合板理论模型对[0/(0/90)/90]s铺层预测精度要优于对[0/(±45)/90]s铺层的预测精度。对于[0/(0/90)/90]s铺层方式,对40目的尾巨桉/金属复合材料预测相对误差最小为1-38,对60目的尾巨桉/金属复合材料预测相对误差最大为84.59。
层间应力是尾巨桉/金属复合材料铺层设计时主要考虑因素之一,其直接影响尾巨桉/金属复合材料整体刚度特性的发挥。论文应用大型通用有限元分析软件ANSYS建立尾巨桉/金属复合材料有限元模型,模拟其在三点弯曲状态下外加线性载荷为300N时,x=125.8mm处尾巨桉/金属复合材料四层界面的2维层间应力与3维层间应力场的分布规律,旨在为综合分析层间应力场分布规律,找出最大层间应力形式,为尾巨桉/金属复合材料整体结构优化做出依据。有限元数值计算结果表明各层应力都表现明显的自由边效应,由二维应力曲线图可以看出在尾巨桉/金属复合材料自由边附近的3个主应力与3个剪切应力都表现了与层合板中心部分不同的奇异应力,其中正应力σ,较其他正应力明显,自由边奇异应力值最大值可达99.72 MPa。剪切应力τxy较其他应力明显,自由边奇异应力值最大值可达14.00 MPa,从而可以判断正应力σ与剪切应力τxy为引起尾巨桉/金属复合材料分层的主要层间应力,并由界面三维应力场分布云图可以清晰直观的看出各层界面整体宏观应力分布规律,各层间正应力场与剪切应力场都有应力集中的现象,正应力σ在外加线性载荷300N与板材变形挤压变形的影响下,最大集中应力可达280 MPa,剪切应力τxy集中应力区域可达25MPa。