本文關(guān)鍵詞：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

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【摘要】：飛機(jī)機(jī)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(yán)格,質(zhì)量不易保證等特點(diǎn)。為此,在小型飛機(jī)的機(jī)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(qiáng)度;內(nèi)部流體通道可減少機(jī)身內(nèi)冷凝水積聚,兼具降低機(jī)艙內(nèi)噪音的作用,該夾芯板有望被用于構(gòu)造大型飛機(jī)的機(jī)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,評(píng)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(jìn)行了對(duì)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(qiáng)度的理論表達(dá)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(shí)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(chǎng),而界面單元用于模擬膠粘劑層裂紋的萌生和擴(kuò)展。改進(jìn)的Hashin準(zhǔn)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(zhǔn)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(duì)象,從理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面對(duì)其力學(xué)性能及其失效模式進(jìn)行了研究�；诶碚擃A(yù)報(bào)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(duì)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(duì)夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為及其失效機(jī)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(qiáng)度,提出并制備了M-型褶皺夾芯結(jié)構(gòu),采用理論和實(shí)驗(yàn)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(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。針對(duì)壓縮和剪切載荷,分析了壁面厚度對(duì)夾芯結(jié)構(gòu)模量、強(qiáng)度和失效模式的影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了M-型褶皺結(jié)構(gòu)在面內(nèi)剪切和三點(diǎn)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(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響,揭示了結(jié)構(gòu)的失效機(jī)理。最后,針對(duì)V-型、M-型褶皺夾芯結(jié)構(gòu)中面板皺曲問(wèn)題,基于褶皺芯子拓?fù)錁?gòu)型、通過(guò)減小芯子的格間距離,提出并制備了橄欖型芯子。采用理論與實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)結(jié)構(gòu)在壓縮、剪切載荷下的力學(xué)行為和破壞機(jī)制進(jìn)行了研究,并將其與V-型和M-型夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比分析,探討了芯子壁面厚度、膠粘劑層對(duì)褶皺結(jié)構(gòu)力學(xué)行為及其失效模式的影響。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V214.8

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