含面芯界面脫膠蜂窩夾芯結構的破壞行為研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、蜂窩夾芯結構目前已經廣泛用于火箭、導彈、飛機、衛(wèi)星等航空、航天領域。與傳統(tǒng)材料相比,蜂窩夾芯結構具有比剛度大、比強度高等優(yōu)點。針對我國目前有關部門廣泛使用的由碳纖維/環(huán)氧面板和鋁合金蜂窩芯子組成的夾芯板的損傷破壞行為,本文從實驗表征、理論分析和數值模擬三方面進行了分析研究,發(fā)現了其獨特的破壞模式,并建立了得到相應實驗驗證的行之有效的計算模型。
  在第一章中,從實驗測試、理論分析和數值模擬等方面對蜂窩芯子、層合面板和夾芯結構力學行

2、為的研究現狀進行了回顧和綜述,并闡述了本課題的研究目的和意義。
  在第二章中,利用實驗方法對蜂窩芯子的面外力學性能進行了測試,并利用數值模擬與理論分析相結合的方法對芯子在剪切載荷作用下的變形機理進行了分析。在此基礎上,基于懸臂梁變形理論和薄板剪切屈曲失穩(wěn)理論,建立了新的蜂窩芯子面外等效剪切模量和剪切強度的理論模型。利用彎曲實驗、拉伸實驗和壓縮實驗得到了面板的力學性能參數,基于經典層合板理論分析了面板(層合板)的彈性模量和強度,并

3、驗證了單層板的彈性模量和強度。
  在第三章中,首先利用雙懸臂梁實驗(DCB)和單臂梁實驗(SLB)對含面芯界面脫膠蜂窩夾芯板的破壞機理進行了研究,發(fā)現了與以往文獻報道中不同的IKP破壞模式,即面板層間分層(Initiation of interlaminar delamination)、面板單層斷裂(Kinking into facesheet)和層間分層擴展(Propagation of interlaminar delami

4、nation)。然后利用面積法計算出DCB實驗和SLB實驗中面板層間分層的能量釋放率,利用基于虛裂紋閉合技術的有限元法模擬對DCB實驗和SLB實驗中面板層間分層過程中的I型能量釋放率和II型能量釋放率進行了分離,結果表明I型能量釋放率遠高于II型能量釋放率。
  在第四章中,根據DCB實驗和SLB實驗中所發(fā)現的典型破壞行為,建立了基于蔡-希爾破壞準則和能量釋放率準則的IKP(Initiation of delamination,K

5、inking and Propagation of delamination)計算模型。該計算模型能夠同時考慮單層板的斷裂破壞和面板層間分層破壞。根據第三章中所確定的能量釋放率實驗和數值結果,求出了面板層間I型和II型裂紋的臨界能量釋放率。在能量釋放率的計算中,采用了基于粘結模型的界面單元。計算模型成功地模擬了DCB實驗和SLB實驗中的典型破壞模式,模擬結果與實驗結果較為吻合。
  在第五章中,利用改進后的BIKP(Bucklin

6、g,Initiation of delamination,Kinking and Propagation of delamination)計算模型對含不同類型面芯界面脫膠蜂窩夾芯板在側向壓縮載荷作用下的典型破壞行為進行了分析,結果表明含面芯界面脫膠夾芯板的側壓破壞表現出與以往文獻中不同的BIKP破壞模式,即面板局部屈曲(Buckling)、面板層間分層(Initiation of interlaminar delamintion)、面板

7、單層斷裂(Kinking into facesheet)、層間分層擴展(Propagation of interlaminar delamination)和面板整體屈曲(Buckling);并且發(fā)現面板層間分層擴展具有明顯的方向性。為了對數值分析結果進行驗證,對含貫穿型面芯界面脫膠蜂窩夾芯板在側向壓縮載荷作用下的破壞模式進行了實驗研究,實驗結果很好地驗證了數值分析結果及計算模型。因此,我們所建立的BIKP計算模型對夾芯結構的設計、評估和

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