通过U形z销和碳纳米管增强的碳/环氧层压板的I/II型断裂抗性得到改善

《Polymer Composites》：Improved Resistance to Mode I/II Fracture of Carbon/Epoxy Laminates Reinforced by U-Shaped z-Pins and Carbon Nanotubes

U-shaped z-pins和碳纳米管协同提升复合材料层压板抗冲击性能，实验显示z-pins单独使用使Mode I/II韧性提升413%/35%，与碳纳米管复合使用分别达279%/141%，SEM揭示界面失效机制，cohesive zone模型有效模拟R-curve行为。

　　

摘要

U形Z型钉的设计旨在通过集成碳纳米管（CNTs）来提高复合层压板的断裂韧性。研究了仅使用U形Z型钉的层压板、同时使用U形Z型钉和碳纳米管的层压板，以及未添加增强材料的空白层压板。进行了I型层裂和II型层裂测试。I型层裂测试表明，U形Z型钉能够显著提高断裂韧性，并表现出明显的R曲线特性。与空白试样相比，仅添加Z型钉或同时添加Z型钉和碳纳米管薄膜可使断裂韧性分别提高413%和279%。II型层裂测试显示，碳纳米管薄膜也能显著提高断裂韧性。与空白试样相比，仅添加Z型钉或同时添加Z型钉和碳纳米管薄膜可使断裂韧性分别提高35%和141%。此外，通过扫描电子显微镜（SEM）分析断裂表面揭示了层裂失效机制。基于双线性本构关系并考虑桥接效应的黏合区模型构建了R曲线，用于模拟U形Z型钉和碳纳米管的协同作用对层裂传播的影响。模拟结果与实验结果之间的一致性表明了该数值模型的适用性。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。