發(fā)布時(shí)間：2021-06-06 00:50

　　針對(duì)玻璃纖維泡沫夾芯結(jié)構(gòu)關(guān)于維修結(jié)構(gòu)性能研究的缺失,本研究完成了玻纖泡沫夾芯板的維修和彎曲性能測(cè)試,并在試驗(yàn)基礎(chǔ)上建立了結(jié)構(gòu)有限元模型,進(jìn)行了強(qiáng)度與剛度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。得到結(jié)論如下:通過試驗(yàn)結(jié)果,簡(jiǎn)化了有限元分析模型中的膠層設(shè)置;將泡沫芯體和玻纖面板的破壞載荷作為結(jié)構(gòu)的初始與最終破壞載荷,仿真計(jì)算的破壞載荷較試驗(yàn)平均載荷超出18. 92%,較最大試驗(yàn)破壞載荷超出7. 14%;應(yīng)用線性階梯載荷步表征模型的應(yīng)變趨勢(shì),在線性變形區(qū)域與試驗(yàn)符合較好,在受壓面板,最大偏差為11. 2%,在受拉面板,最大偏差為24. 3%。表明該玻璃纖維泡沫夾芯修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的有限元模型分析精度較高,具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性。 

【文章來(lái)源】：復(fù)合材料科學(xué)與工程. 2020,(02)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

結(jié)構(gòu)維修尺寸示意圖

試驗(yàn)中，隨著壓頭位移的增加，接觸載荷也逐漸增大，當(dāng)載荷達(dá)到1 k N左右時(shí)出現(xiàn)較大聲響，然后修補(bǔ)板持續(xù)聲響，面板出現(xiàn)凹陷，接觸力下降，試驗(yàn)繼續(xù)加載，面板與泡沫出現(xiàn)較大變形，當(dāng)接觸力下降到最大載荷的75%左右時(shí)，認(rèn)為此修補(bǔ)結(jié)構(gòu)已經(jīng)失去承載能力，結(jié)束加載，試驗(yàn)中記錄的壓頭載荷-位移曲線如圖2所示。由圖2可知，當(dāng)壓頭位移在9 mm～12 mm附近的時(shí)候，接觸力達(dá)到極值，由于手工維修在表面處理、補(bǔ)片鋪設(shè)方面存在一定的工藝偏差，有兩塊試件的接觸力極值為1.2 kN左右，三塊試件的接觸力極值為1 kN左右，屬于正常范圍。此后隨著面板破損與芯體塌陷，接觸力持續(xù)下降，試驗(yàn)停止在最大載荷的75%區(qū)間附近。

在ANSYS WORKBENCH中建立結(jié)構(gòu)的有限元分析模型，由于三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)相對(duì)中心部分對(duì)稱，采用原有結(jié)構(gòu)的1/2對(duì)稱建模，在模型中部施加載荷，兩端支撐修補(bǔ)結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料面采用單層實(shí)體建模，泡沫夾芯結(jié)構(gòu)應(yīng)用實(shí)體單元模擬，建模完成的修理結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格模型如圖3所示(對(duì)稱顯示)，采用SOLID186六面體單元，劃分網(wǎng)格59280個(gè)，共有257522個(gè)節(jié)點(diǎn)。由于試驗(yàn)中試件破壞部位主要以面板褶皺與芯體塌陷為主，通過面板上下表面的應(yīng)變監(jiān)控顯示，面板與芯體之間的膠層未出現(xiàn)明顯脫膠失效。膠層結(jié)構(gòu)采用零厚度的接觸分析進(jìn)行模擬，在接觸分析中應(yīng)用了線性的bonded與非線性的CZM(內(nèi)聚力)單元模型兩種方式并進(jìn)行了比對(duì):CZM的優(yōu)勢(shì)為可以輸入膠層材料參數(shù)，劣勢(shì)為非線性計(jì)算需要耗費(fèi)大量的運(yùn)算時(shí)間。就本研究案例而言，由于膠層的剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)大于泡沫芯體的失效強(qiáng)度，使得膠層材料參數(shù)輸入的精度體現(xiàn)不明顯，根據(jù)對(duì)比計(jì)算，采用bonded接觸分析的膠層較CZM在強(qiáng)度數(shù)值上的差別不超過2%，運(yùn)算時(shí)間節(jié)約60%，而且在單元數(shù)目增加的情況下，對(duì)于運(yùn)算時(shí)間的優(yōu)勢(shì)更加顯著。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與仿真對(duì)比測(cè)試，本研究最終采用bonded接觸分析模擬膠層，即不考慮膠層的強(qiáng)度失效，重點(diǎn)關(guān)注面板與泡沫芯體的失效強(qiáng)度。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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