飛機蜂窩結(jié)構(gòu)動態(tài)沖擊下的破壞機理及吸收能量分配機制.pdf

1、復(fù)合材料由于有重量輕、比強度高、比剛度大，可設(shè)計并耐腐蝕、抗疲勞的優(yōu)良性能，蜂窩夾層復(fù)合材料具有明顯的沖擊敏感性，飛機蜂窩夾層結(jié)構(gòu)缺陷與損傷直接影響飛機結(jié)構(gòu)安全，其結(jié)構(gòu)的沖擊損傷形式是與沖擊的能量水平密切相關(guān)的，沖擊損傷是在持續(xù)時間短暫的強載荷作用下，夾層復(fù)合材料發(fā)生的變形和破壞，材料的損傷物理尺寸、材料的變形與其承受的應(yīng)力及變形中的應(yīng)變率和內(nèi)能等變量之間出現(xiàn)復(fù)雜的關(guān)系。在沖擊載荷作用下材料的存在多種動態(tài)破壞形式，沖擊載荷在材料中引起的

2、微觀組織的變化有些是不可逆，對材料的力學(xué)性能有著明顯的影響。
　　 基于均勻化理論，利用蜂窩芯材的表征單元，可以推導(dǎo)出蜂窩芯材的等效密度和面外等效彈性模量的表達式。蜂窩芯層壓縮破壞的過程是以芯層單層斜壁的失穩(wěn)開始，隨著面外壓縮載荷的增加，蜂窩芯層結(jié)構(gòu)的破壞以雙層壁達到最大承載能力失穩(wěn)開始，并且按。一定波長折疊，形成多層折疊結(jié)構(gòu)。而外壓潰實驗用來研究不同材質(zhì)及不同蜂窩尺寸的蜂窩芯層和蜂窩夾芯板，并對變形失效機理進行了對比。蜂窩芯層

3、材料的壓潰失效特征依賴于蜂窩基體材料特性以及蜂窩尺寸。
　　 蜂窩夾層粱蒙皮可以看做工字粱的翼緣，因蜂窩芯層在面內(nèi)的拉伸剛度很小，結(jié)構(gòu)的彎矩、彎曲正應(yīng)力，而內(nèi)壓縮應(yīng)力及扭矩主要由蒙皮材料承擔(dān)，蜂窩芯層類似于工字梁的腹板，只承擔(dān)剪力，對蜂窩央層結(jié)構(gòu)的蒙皮起支撐作用并使結(jié)構(gòu)的彎曲剛度大幅度增加。復(fù)合材料蒙皮蜂窩夾層梁準(zhǔn)靜態(tài)三點彎曲實驗，得到復(fù)合材料蜂窩夾層粱的載荷與跨中點撓度的理論關(guān)系，能夠與實驗結(jié)果吻合較好，并可預(yù)測出蜂窩夾層梁在

4、三點彎曲狀態(tài)下能夠承受的最大的載荷。金屬蒙皮蜂窩夾層梁在沖擊載荷作用下的動力學(xué)特征和動態(tài)響應(yīng)問題，可以通過沖擊物的動力特性和蜂窩夾層梁的沖擊動力特性共同描述。在彈道沖擊和落錘沖擊實驗中，蜂窩災(zāi)層梁的厚度不同而導(dǎo)致沖擊損傷與失效模式出現(xiàn)不同。通常情況下，結(jié)構(gòu)承受動載荷的能力常常以結(jié)構(gòu)永久變形的程度作為研究結(jié)構(gòu)抗沖擊性能的主要參數(shù)，但對于蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，其損傷及失效模式的復(fù)合性及復(fù)雜性，很難從外部損傷狀況去了解結(jié)構(gòu)強度退化的程度。蒙皮厚度不同

5、的蜂窩夾層粱在不同沖擊載荷作用下的動態(tài)響應(yīng)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，厚蒙皮蜂窩夾層梁在沖擊損傷后結(jié)構(gòu)完整性退化較為嚴重。
　　 復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下的損傷模式主要包括蒙皮基體損傷、蒙皮纖維斷裂、分層損傷和蜂窩芯層壓潰失效損傷。準(zhǔn)靜態(tài)刻痕實驗的目的是研究復(fù)合材料蒙皮蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板在壓縮載荷作用下的局部刻痕失效模式，其失效模式依賴于蒙皮的厚度以及邊界條件，蜂窩結(jié)構(gòu)底面剛性支撐條件是影響失效破壞的主要因素。在落錘沖擊載荷作用下，凹

6、坑深度與沖擊能量之間的關(guān)系，能夠反映出隨著沖擊能量的增加損傷程度變化的對應(yīng)性和規(guī)律性。對于厚蒙皮蜂窩夾層板，沖擊損傷阻抗在蒙皮穿透之前較強，抗沖擊性能良好，但在蒙皮斷裂穿透之后抗沖擊能力減弱，凹坑深度與沖擊能量之間的關(guān)系可以在擬合實驗數(shù)據(jù)的曲線中預(yù)測不同沖擊能量載荷作用下蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的損傷凹坑深度。
　　 蜂窩芯材是良好的吸能材料，這與蜂窩芯材在而外壓縮載荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變曲線中很寬的屈服平臺有關(guān)，在蜂窩芯材塑性壓潰屈服變形過程