復合材料褶皺夾芯結構的制備及其力學行為研究.pdf

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

2、，評述了褶皺結構的主要研究成果；基于折紙思想，提出并制備了M-型和橄欖型褶皺夾芯結構，分析了結構的力學行為及其失效模式，并與V-型褶皺結構進行了對比研究。
　　首先，建立了褶皺芯子的力學分析模型，推導出在壓縮和剪切載荷下復合材料褶皺芯子模量與強度的理論表達式。建立了模擬復合材料褶皺夾芯結構力學響應的數(shù)值分析模型，在模型中，三維實體單元（C3D8）用于模擬復合材料面板和褶皺芯子的應力場，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，以復合材料V-型褶皺夾芯結構為研究對象，從理論、數(shù)值和實驗三個方面對其力學性能及其失效模式進行了研究?；诶碚擃A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。給出了褶皺夾芯結構沿著L和W方向彎曲和側壓行為及其失效模式，探討了芯子壁面厚度對夾芯結構的力學行為及其失

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