2.5D编织复合材料带缺口结构的纬向拉伸力学性能：Whitney–Nuismer准则的改进、仿真与实验研究

《Polymer Composites》：Weft Tensile Mechanical Behavior of 2.5D Woven Composite Notched Structures: Modification of Whitney–Nuismer Criterion, Simulation, and Experiment

2.5D编织复合材料钻孔缺口强度预测方法改进及验证研究，通过修正Whitney-Nuismer准则实现快速预测，实验与数值模拟显示误差15.87%，缺口尺寸及承载纱线截断面积增加导致应力集中加剧，刚度和强度下降。

　　

摘要

2.5D编织复合材料（2.5DWC）被认为是未来航空航天应用中最有前景的材料之一，但由于在使用过程中不可避免地需要钻孔，因此快速预测其强度已成为工程设计中的一个挑战。在这项研究中，我们重点关注孔边缘处纱线的切割程度。Whitney–Nuismer（W-N）准则原本仅适用于层压复合材料的缺口结构，我们对其进行了修改，以便用于快速预测2.5DWC缺口结构（2.5DWC-NS）的强度。此外，还对不同缺口尺寸的2.5DWC-NS进行了渐进损伤模拟和实验，并将结果与修改后的准则预测值进行了比较。结果显示，修改后的准则预测的强度与实验数据之间的偏差仅为15.87%，这在可接受的工程偏差范围内。数值模拟还表明，随着缺口尺寸的增加以及孔边缘被切割的承载纱线面积的增大，应力集中系数会增加，而刚度和强度会降低。通过数值模拟发现，随着缺口尺寸和孔边缘被切割的承载纱线面积的增大，应力集中系数会增加，而刚度和强度会降低。该修改后的准则为2.5DWC结构的快速设计提供了便利的工具，具有重要的工程意义。

图形摘要

对Whitney-Nuismer准则的修改及其与实验和模拟结果的比较。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。