一种高精度的增量钻孔方法，用于测量和分析新型M55J-CF/CE复合层压板的残余应力

《Polymer Composites》：A High Accuracy Incremental Hole-Drilling Method for Residual Stress Measurement and Analysis of a New Type M55J-CF/CE Composite Laminates

准确测量与分析碳纤维氰酸酯复合材料残余应力分布是关键。本研究制备了M55J-CF/CE复合材料层板，采用增量钻孔法结合自研CNC-IHD应变采集装置，通过不同步长（20μm精度最高）、层间角（0°4s与0°/45°/-45°/90°s）、厚度（1.5-3mm）和载荷条件，获得梯度测量应变与残余应力分布特征，SEM验证钻孔质量优异。结果表明：试样厚度增加导致应变释放范围减少40%；不同层间角使残余应力分布呈现"线性扩大型"和"角部波动型"。揭示了纤维层主导方向对残余应力分布的调控机制，为类似复合材料残余应力分析提供方法支持。

　　

摘要

准确测量和分析纤维增强复合材料层压板中的残余应力（RS）大小及其分布至关重要。在本研究中，制备了一种新型的M55J碳纤维氰酸酯（M55J-CF/CE）复合材料层压板，其层铺角分别为[0°₄]_s和[0°/45°/?45°/90°]_s。基于增量钻孔（IHD）理论和FE校准矩阵方法，并结合自制的CNC-IHD应变采集装置，研究了在不同增量步长、层铺角度、试样厚度以及施加载荷条件下的应变梯度（MS）和残余应力分布。通过扫描电子显微镜（SEM）验证，钻孔的形态和微观尺寸具有高质量和高精度，且未观察到超出单层厚度范围的现象。研究结果表明，20 μm/步长的采集精度高于其他步长。当试样厚度从1.5 mm增加到3 mm时，应变释放范围减少了约40%。不同层铺角度引起的残余应力分布分别呈现“线性扩展型”和“角度波动型”。这揭示了不同层中纤维的主导方向如何影响相应的残余应力分布。上述研究为类似复合材料层压板的残余应力测量和分析提供了方法论支持。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。