蜂窩夾層木質復合材橫向承載力學特性研究.pdf

1、蜂窩夾層木質復合材由于等效密度低、制造的便利性、力學的復合效應、可設計性及平整度高等優(yōu)點在家具產品、室內裝飾、包裝運輸?shù)让裼妙I域具有廣泛應用前景。研究該種復合結構材在橫向承載下的力學特性，為產品優(yōu)化設計與工程應用提供理論基礎，意義重大。
　　本文以蜂窩夾層木質復合材為研究對象，系統(tǒng)研究了橫向載荷作用下夾層梁的彎曲性能及夾層板的平壓性能，結論如下:
　　(1)推導出了基于等效單層梁理論計算軟夾芯夾層梁最大彎曲正應力的公式。運用

2、正交試驗法進行蜂窩夾層梁三點彎曲試驗，結果表明:蜂窩邊長對靜曲強度的影響極其顯著，表板類型、涂膠量對靜曲強度的影響不顯著;芯層厚度對“∥”方向試件靜曲強度的影響顯著，而對“上”方向試件影響極其顯著。“上”方向試件的靜曲強度值均高于“∥”方向試件。在Winkle彈性地基梁理論的基礎上，考慮了表板彎曲正應力對局部凹陷的影響，推導出軟夾芯夾層梁三點彎曲試驗表面壓潰載荷的計算公式。系統(tǒng)分析了芯層剪切失效與表面壓潰二種彎曲破壞模式，并將理論模型與

3、試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，相對誤差約±20％以內。
　　(2)建立了基于二變量的夾層梁彎曲變形的分層一階剪切理論。該理論與三點彎曲試驗結果、傳統(tǒng)一階剪切理論的對比分析，結果表明:小彈性變形范圍內，分層一階剪切理論比傳統(tǒng)一階剪切理論預測的跨中撓度值保守。在同樣的受力條件下，“∥”方向試件跨中撓度均大于“⊥”方向試件。分層一階剪切理論計算的芯層切應變與切應力值比傳統(tǒng)一階剪切理論低，但隨著芯層厚度的增加，二種理論的計算差異逐漸變小。將分層一

4、階剪切理論計算的切應力在橫截面積分，其剪力值滿足于靜力平衡條件。
　　(3)在分層一階剪切理論的基礎上，建立了二節(jié)點六自由度的有限元梁單元模型。數(shù)值分析結果表明:小彈性變形范圍內，有限元模型與分層一階剪切理論計算的跨中撓度十分接近，平均差異小于10％。當芯層厚度較小時，有限元模型計算的橫截面切應變與切應力接近于分層一階剪切理論;隨著芯層厚度的增加，其值逐漸靠近傳統(tǒng)一階剪切理論。
　　(4)在傳統(tǒng)一階剪切理論的基礎上，修正了夾

5、層梁橫截面切應力值和芯層剪切模量，建立了修正一階剪切理論。數(shù)值分析結果表明:當芯層厚度較小時，修正一階剪切理論與分層一階剪切理論計算的跨中撓度十分接近;當芯層厚度增加時，修正一階剪切理論的模型預測值逐漸介于分層一階剪切理論與傳統(tǒng)一階剪切理論之間;同時，剪切撓度、因彎矩引起的撓度隨之減小，但剪切撓度占總撓度的比重越來越大。另外，當芯層厚度增加時，修正一階剪切理論與傳統(tǒng)一階剪切理論計算的剪切撓度值趨于一致。
　　(5)在三點彎曲試驗的

6、基礎上，推導出考慮上表板彎曲正應力的表面壓痕位移計算公式。對比試驗數(shù)據(jù)，考慮壓痕分層一階剪切理論與考慮壓痕修正一階剪切理論的跨中撓度預測精度好于傳統(tǒng)一階剪切理論。
　　(6)運用正交試驗法進行蜂窩夾層板平壓性能試驗，結果表明:蜂窩邊長對芯層橫向彈性模量和平壓強度的影響極其顯著，涂膠量對芯層橫向彈性模量和平壓強度的影響較顯著，表板類型、芯層厚度對芯層橫向彈性模量和平壓強度的影響不顯著。在平壓強度試驗的基礎上，推導出基于Timoshe