復(fù)合材料褶皺夾芯結(jié)構(gòu)的制備及其力學(xué)行為研究.pdf

1、飛機機身通常由壁板構(gòu)成，復(fù)合材料壁板具有成型工藝復(fù)雜、裝配嚴格，質(zhì)量不易保證等特點。為此，在小型飛機的機身結(jié)構(gòu)中已采用了蜂窩、泡沫等夾芯結(jié)構(gòu)，然而，封閉多孔芯子材料的沖擊阻抗低，且易凝結(jié)水蒸汽，上述因素制約了其應(yīng)用。褶皺夾芯板近期引起了學(xué)者們的關(guān)注，該結(jié)構(gòu)具有高比彎曲模量、高比彎曲強度；內(nèi)部流體通道可減少機身內(nèi)冷凝水積聚，兼具降低機艙內(nèi)噪音的作用，該夾芯板有望被用于構(gòu)造大型飛機的機身結(jié)構(gòu)。在本研究中，歸納和總結(jié)了褶皺結(jié)構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2、，評述了褶皺結(jié)構(gòu)的主要研究成果；基于折紙思想，提出并制備了M-型和橄欖型褶皺夾芯結(jié)構(gòu)，分析了結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為及其失效模式，并與V-型褶皺結(jié)構(gòu)進行了對比研究。
　　首先，建立了褶皺芯子的力學(xué)分析模型，推導(dǎo)出在壓縮和剪切載荷下復(fù)合材料褶皺芯子模量與強度的理論表達式。建立了模擬復(fù)合材料褶皺夾芯結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的數(shù)值分析模型，在模型中，三維實體單元（C3D8）用于模擬復(fù)合材料面板和褶皺芯子的應(yīng)力場，而界面單元用于模擬膠粘劑層裂紋的萌生和擴展。改

3、進的Hashin準則和冪指數(shù)規(guī)律用于描述層壓板的損傷及其剛度退化，內(nèi)聚力模型及B-K準則用于模擬膠粘劑層的損傷和演化。
　　其次，以復(fù)合材料V-型褶皺夾芯結(jié)構(gòu)為研究對象，從理論、數(shù)值和實驗三個方面對其力學(xué)性能及其失效模式進行了研究?；诶碚擃A(yù)報和有限元模擬，分析了芯子幾何參數(shù)和壁面纖維鋪層角度對褶皺芯子壓縮和剪切性能的影響規(guī)律。給出了褶皺夾芯結(jié)構(gòu)沿著L和W方向彎曲和側(cè)壓行為及其失效模式，探討了芯子壁面厚度對夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為及其失

4、效機制的影響規(guī)律。
　　再次，為了提高V-型褶皺夾芯結(jié)構(gòu)的面板/芯子間的界面粘接強度，提出并制備了M-型褶皺夾芯結(jié)構(gòu)，采用理論和實驗方法研究了該夾芯結(jié)構(gòu)的壓縮和剪切性能，分析了芯子壁面厚度對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。針對壓縮和剪切載荷,分析了壁面厚度對夾芯結(jié)構(gòu)模量、強度和失效模式的影響。實驗測試了M-型褶皺結(jié)構(gòu)在面內(nèi)剪切和三點彎曲載荷下的力學(xué)響應(yīng)，給出了L和W方向結(jié)構(gòu)的模量、極限載荷；分析了膠粘劑面積和芯子壁面厚度對結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響，