三明治結(jié)構(gòu)作為載荷傳遞和連接元件,廣泛應(yīng)用于航空航天、材料表征、柔性電子等領(lǐng)域.了解其斷裂行為和特點能為三明治結(jié)構(gòu)連接件極限載荷的設(shè)計提供理論指導(dǎo).基于改良彈性地基理論模型,本文提出了一種計算能量釋放率的新理論模型,模型中考慮中間層厚度對三明治結(jié)構(gòu)I型斷裂能量釋放率的影響.結(jié)果表明,中間層厚度對三明治結(jié)構(gòu)I型斷裂的影響存在兩個部分:中間層剪切力的影響及中間層引起結(jié)構(gòu)剛度增大的影響.當(dāng)無量綱中間層厚度取最大值2時,傳統(tǒng)模型與有限元計算結(jié)果存在70%以上的誤差;采用本文的模型可以極大地提高精度,將誤差降到5%以內(nèi).相比改良彈性地基理論只適用于中間層厚度較小的情況,本理論模型的適用范圍更廣.此外,利用本模型,本文選取了兩個幾何參數(shù)（中間層厚度和裂紋初始長度）和一個材料參數(shù)（模量比）進行研究.討論了剪切效應(yīng)對結(jié)構(gòu)幾何和材料參數(shù)的敏感性.在定載荷的基礎(chǔ)上,討論了幾何和材料參數(shù)對能量釋放率的影響;并在假定結(jié)構(gòu)斷裂韌性不變的基礎(chǔ)上,得到了幾何和材料參數(shù)對三明治結(jié)構(gòu)臨界載荷的影響規(guī)律. 

【文章來源】：力學(xué)學(xué)報. 2020,52(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：15 頁

【部分圖文】：

三明治結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 三明治結(jié)構(gòu)示意圖不同中間層厚度下，改良彈性地基理論模型與有限元模擬的能量釋放率結(jié)果對比如圖3所示.其中，紅色實線代表改良彈性地基理論模型得到的結(jié)果，黑色圓點代表有限元模擬得到的結(jié)果.本文定義中間層厚度2t與非中間層厚度h的比值為無量綱中間層厚度，記作2t/h，并將其作為橫坐標(biāo)；將300 N載荷作用下得到的能量釋放率記作G，將x<0區(qū)域非中間層等效為梁長為裂紋初始長度的懸臂梁，并把其能量釋放率定義為G1.定義比值G/G1為無量綱能量釋放率，將其作為縱坐標(biāo).當(dāng)無量綱中間層厚度為0.1時，經(jīng)計算改良彈性地基模型和有限元模擬結(jié)果的誤差為9%；當(dāng)無量綱中間層厚度為2時，經(jīng)計算該模型結(jié)果和有限元結(jié)果的誤差達到70%.基于上述分析可知，改良彈性地基模型僅適用于中間層厚度較小的情況(2t/h<0.1)，當(dāng)中間層厚度較大時，該模型誤差明顯.因此，為更加精確地刻畫中間層厚度較大的三明治結(jié)構(gòu)的斷裂行為,需要建立新的理論模型.

不同中間層厚度下，改良彈性地基理論模型與有限元模擬的能量釋放率結(jié)果對比如圖3所示.其中，紅色實線代表改良彈性地基理論模型得到的結(jié)果，黑色圓點代表有限元模擬得到的結(jié)果.本文定義中間層厚度2t與非中間層厚度h的比值為無量綱中間層厚度，記作2t/h，并將其作為橫坐標(biāo)；將300 N載荷作用下得到的能量釋放率記作G，將x<0區(qū)域非中間層等效為梁長為裂紋初始長度的懸臂梁，并把其能量釋放率定義為G1.定義比值G/G1為無量綱能量釋放率，將其作為縱坐標(biāo).當(dāng)無量綱中間層厚度為0.1時，經(jīng)計算改良彈性地基模型和有限元模擬結(jié)果的誤差為9%；當(dāng)無量綱中間層厚度為2時，經(jīng)計算該模型結(jié)果和有限元結(jié)果的誤差達到70%.基于上述分析可知，改良彈性地基模型僅適用于中間層厚度較小的情況(2t/h<0.1)，當(dāng)中間層厚度較大時，該模型誤差明顯.因此，為更加精確地刻畫中間層厚度較大的三明治結(jié)構(gòu)的斷裂行為,需要建立新的理論模型.1.3 新模型的建立及求解


本文編號：3536273