風電部件設計中復合材料強度校核問題

chenenlin319

各位大蝦，請問一下設計中復合材料強度如何校核，主要是剪應力的校核。
在如葉片設計中，主材拉壓應力校核GL規范中都有，包括各個安全系數都有給出了。但是剪應力怎么校核？還是說剪應力沒做要求不用校核？如果不要求，為什么，難道有其它的因素已對剪切強度進行了約束？
在有限元計算后能給出層間剪力和層內剪力，但是frp的層剪強度和層內剪切強度本身就不高，如果像正應力那樣取了那么高的安全系數很容易超過容許值。還是說剪力安全系數取值跟正應力不一樣？
俺看GL第5章，關于校核各類剪力，始終不明白，哪位大蝦有經驗，指點一下。

啥時候吃飯

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chenenlin319

引用第12樓lewjane84于2011-09-06 11:41 PM發表的  :
1,彎曲模量一般不作為設計依據,是根據小撓度理論計算出來的,不是直接測試值.因為含剪切分量因此比拉伸模量小.同理彎曲強度也不作為設計依據,強度大于拉伸強度; 彎曲測試只是表證結構特性.
2.45度方向拉伸模量按找72%纖維含量折算一般不到30,可以按照混合力的公司計算出來,一般在25GPA左右.
3. 各向異性的材料,你計算方向怎么可能泊松比是0.3呢?拿縱橫來說一般都在0.5以上(非線性).
4.縱橫測出來的模量從側面來說就是樹脂的性能,你好好看看3355(3354好象)的標準吧,應變是怎么計算的.
測試的時候邊界和你理論計算的邊界是不一樣的,側面45度纖維都是中斷的,破壞形式和變形表征也是不一樣的怎么可能想得通.

1.一般復材料拉、彎模量是差不了多少的，樹脂也一樣，它的拉、壓模量差不多，我只是舉個例子，顯示這些值比較相近，說明一下純樹脂體拉、彎模量和所組成的玻璃鋼拉剪模量比較相近。
2. -45/+45，一般測試下來45方向模量就是30GPa左右（70%纖維含量），我手里有兩份玻璃布廠家、一份樹脂廠家提供的按ISO標準做的測報告，就是這個值。理論方向換算強度，以前我也干過，不過跟實際還是有點差矩的，不知道為什么。
3. 我們自己做的，還有這些報告也顯示 -45/+45  在45方向上泊松比要遠小于0.3，兄臺說的柏松比0.5那是指在0方向上，那個方向上材料報告上基本都是是0.6左右。但我換算的是-45方向和+45方向，應該按0.3來換算。如果是算0和90方向上的，那倒是應該采用0.6來換算。
這模量換算應該沒錯。因為我有45方向上的拉模量，有45方向上的柏松比，那計算-45/+45的剪切模量，就應該按這么算呀。

4. 這點兄臺說的很有道理，但這樣的話但設計來說縱橫剪切得出來的模量是不是作用不大了。還不如直接把試件加寬，測試出一個0方向的剪切模量。

lewjane84

1,彎曲模量一般不作為設計依據,是根據小撓度理論計算出來的,不是直接測試值.因為含剪切分量因此比拉伸模量小.同理彎曲強度也不作為設計依據,強度大于拉伸強度; 彎曲測試只是表證結構特性.
2.45度方向拉伸模量按找72%纖維含量折算一般不到30,可以按照混合力的公司計算出來,一般在25GPA左右.
3. 各向異性的材料,你計算方向怎么可能泊松比是0.3呢?拿縱橫來說一般都在0.5以上(非線性).
4.縱橫測出來的模量從側面來說就是樹脂的性能,你好好看看3355(3354好象)的標準吧,應變是怎么計算的.
測試的時候邊界和你理論計算的邊界是不一樣的,側面45度纖維都是中斷的,破壞形式和變形表征也是不一樣的怎么可能想得通.

chenenlin319

今天看了下，樹脂本身的拉、壓和彎模量都是3GPa左右。
而-45/+45雙軸布45度方向拉伸模量大約為30GPa，這個值可以確實。
按照復合材料剪切模量計算理論 G=E/2(1+V)     G剪切模量，E拉壓模量,V計算方向上的泊松比，
這樣算下來，面內剪切模量應該差不多是11GPa(泊松比取0.3) 。

這么看起來測試的縱橫剪切模量（4GPa左右）與計算值相差很多。但是如果用0/90鋪層時（相當于把-45/+45轉了45度鋪層）縱橫剪切模量所反應的受力狀態跟實驗確實是一致的，不管起主導作用的是纖維自己抗剪強度還是纖維和樹脂的結合強度。   要是這么看這兩種數據又是矛盾的。想不明白呀...

chenenlin319

引用第9樓lewjane84于2011-09-03 11:52 AM發表的  :
1,縱橫剪切強度測試的是樹脂的剪切強度,以縱向拉伸計算45度方向簡切強度,考核樹脂和纖維的結合能力,和葉片上主剪切應力方向成45度.因此呢不是用這個值計算安全系數的. 換總說法這個值是面內層間強度
2,GL材料拉伸強度的安全系數我沒記錯的話是2.2,你可以再研究下規范.
3,層間剪切的許用應力好象是用的特征值吧,一般不考核所以沒太注意
4,IFF另外有一個詳細的ISO標準,里面解釋的很清楚,你可以查查.老版本作廢了不過很有研究價值

1.聽兄臺這么一說，覺得很有道理，以前用沖擊剪切方法測試的葉片方向上的剪切強度確實比這個縱橫剪切測試的強度要高。看來得好好研究一下縱橫剪切力學行為。
不過有個問題，那為什么GL第5章GRP中要求縱橫剪切強度？這個設計值如果沒什么用的話，難道用它來換算成0方法的剪切強度？又或者是像我這樣0/90的雙軸布，然后軸向鋪。

2.拉伸安全系數是2.2，少打了個1.35，呵呵。

3.這個正是我困惑的地方，層間直接用特征值嗎？如果也用2.2折減的話，那實在太小，俺正為這個值困惑。

4.非常感謝那！


順便俺想打聽下版主在哪高就呀，以后還請多多指點[s:2]

lewjane84

1,縱橫剪切強度測試的是樹脂的剪切強度,以縱向拉伸計算45度方向簡切強度,考核樹脂和纖維的結合能力,和葉片上主剪切應力方向成45度.因此呢不是用這個值計算安全系數的. 換總說法這個值是面內層間強度
2,GL材料拉伸強度的安全系數我沒記錯的話是2.2,你可以再研究下規范.
3,層間剪切的許用應力好象是用的特征值吧,一般不考核所以沒太注意
4,IFF另外有一個詳細的ISO標準,里面解釋的很清楚,你可以查查.老版本作廢了不過很有研究價值

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滄海蛟龍

一群牛人，學習學習。 [s:6]

chenenlin319

引用第5樓lewjane84于2011-09-02 09:22 PM發表的  :
樓上的哥們在哪里高就啊,研究挺深的嘛~
剪應力分層間和面內
1,面內 主要是蒙皮和SHEAR WEB,由雙軸布和三軸向承擔,最大值一般在30MPA左右,面內標準是有的而且還不止一個,具體我忘記了,雙軸布一般為190MPA左右,這個是需要效核的.
2,層間1就是膠結的層間應力,考慮到膠接厚度和應力集中,此一般采用手算的方法(至少我是用手算),安全系數一般取12左右
3,層間2就是你說的SPAR CAP 了, 復合材料葉片殼體為薄壁結構,你可以用慣性矩的方法計算下內表面和外表面的應力比例差,再乘以最大應力(一般為40GPA*0.35%=140MPA),其值和復合材料層間強度(50MPA)很明顯不在一個數量級上,即使在璧厚最大的根端一般為(1-5MPA),因此一般不考慮, 當然你也可以體現在你的結構計算報告里面.
.......

哇塞，樓上版主果然是個大牛呀，手算太強了，這需要彪悍的理論基礎水平呀。

1.雙軸布根據GL規范要求的ISO標準，縱橫剪切（面內）基本上50~60MPa左右，再根據GL第5章中rMa（靜態強度安全系數） 1.35*1.1*1.1=1.63，折減后剩下的強度就20多MPa了。
2. 玻璃鋼層間剪切強度測試值（特征值）也就40MPa左右，再折減后也就剩20MPa左右，實在低呀，一不小心發現超標（不是在葉片上），所以在懷疑是不是測試結果不對還是安全值有問題，又或者是俺理解有問題。
3.葉片上層間剪切一般都不整的，據說是因為值比較低，不用進行校核，可惜以前沒好好關注過這個問題。


版主對GL規范中纖維層間失效分析熟悉不？這個很難理解，我對那個層間力F一直沒理解。