混杂复合三明治结构的冲击损伤阻抗研究
发布时间：2021-06-06 13:26
蜂窝夹层结构是一种典型的三明治结构,是实现轻量化设计的常用方法,广泛应用于交通运输行业。在实际运输过程中,经常会发生重物跌落、碰撞等低速重载冲击事件。而且蜂窝夹层结构又对冲击损伤极其敏感,一旦受到冲击载荷,蜂窝夹层结构的强度、刚度会急剧下降。因此,研究蜂窝夹层结构在低速重载冲击下的抗冲击性能十分必要。本文针对高韧性、高强度碳纤维-玻璃纤维混杂复合材料蒙皮和NOMEX蜂窝组成的混杂复合三明治结构的冲击损伤阻抗进行研究。主要研究以下内容:通过对三维渐进损伤失效理论的研究,构建正交各向异性材料的本构关系,确定损伤起始准则、损伤扩展和刚度退化方式。在此基础上,建立一种适用于编织复合材料蒙皮的三维渐进损伤失效模型,该失效模型包含层内和层间损伤的六种失效模式。同时,采用各向同性理想弹塑性模型作为NOMEX蜂窝芯的本构关系,为后续的研究提供理论依据。在确定NOMEX蜂窝芯本构关系的基础上,对蜂窝芯高为20mm的蜂窝夹层结构进行面外压缩数值模拟。对有限元分析结果采用面外压缩实验进行验证,验证数值分析的准确性。利用已验证的有限元仿真分析,进一步研究蜂窝芯高、蜂窝壁厚和胞元尺寸对蜂窝夹层结构力学性能的影响...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蜂窝夹层结构
?伤起始准则中的任一失效判据后，根据实验或经验数据定义不同失效模式下的损伤变量值，材料的刚度被折减到定值。而渐进失效认为在某种载荷形式下，当满足损伤起始准则中的任一失效判据后，材料即出现损伤，随着材料的损伤程度逐渐累积，刚度发生连续退化，最终材料完全损伤，材料的刚度折减为0。这种渐进失效是更符合材料性能折减实际情况的一种刚度退化方式，渐进失效中刚度的连续退化还可分为：线性连续退化和非线性连续退化。本文的三维渐进失效模型采用的是线性连续退化的方式，将断裂能作为计算分析所必须的材料参数，图2-1为拉伸状态下的线性退化模式。以拉伸失效为例，断裂能tiCG和单元失效应变,tfi可按如下关系式(2-30)描述：,2ttiCfitGl(2-30)其中，l为单元特征长度，拉伸失效强度σt，由上述公式可以计算出拉伸失效模式下材料的失效应变，其他失效模式下的失效应变可以类比求出。图2-1拉伸状态下的线性退化模式在本文的三维渐进失效模型中，引入损伤状态变量d来描述材料的损伤情况。损伤状态变量di可按下式(2-31)求出[85]：,0,,0,()()()fiiiiiiiiifiid(2-31)式中，εf,i指单元发生完全损伤时的失效应变，εii指单元某一时刻下的应变，ε0,i指单元在损伤起始时的应变。
江南大学硕士学位论文18本文研究的蜂窝芯是六边形NOMEX蜂窝，采用各向同性理想弹塑性模型作为蜂窝芯的本构关系[89]，得到了较好的模拟结果，在后续的章节中详细阐述。蜂窝芯在面外压缩载荷下的经典应力-应变关系如下图2-2所示。图2-2NOMEX蜂窝在面外压缩载荷下的经典应力-应变关系2.5本章小结本章节中，首先对冲击响应进行了分类，介绍了正交各向异性材料的本构关系；然后对复合材料蒙皮的三维渐进失效准则进行了介绍，包括损伤起始准则和刚度退化方式，通过比较传统损伤起始准则的差异，给出了本文所采用的损伤起始准则和刚度退化方式；最后，对蜂窝芯的面内力学性能和面外力学性能进行了介绍，并采用各向同性理想弹塑性模型作为本文蜂窝芯的本构关系，为之后的数值模拟工作奠定了理论基矗
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料防弹防爆方舱技术发展现状[J]. 何金迎,李晓燕,甄建军,孙佳春,王小伟,陈强,胡文阁. 兵器装备工程学报. 2018(10)
[2]蜂窝夹层结构在飞机上的应用及发展[J]. 陈静,邱启艳. 新材料产业. 2018(07)
[3]军用方舱的发展趋势概述[J]. 耿嘉嵩,朱讯. 农业开发与装备. 2017(03)
[4]纤维复合材料在轨道交通中的应用概况[J]. 江洪,张晓丹,刘义鹤. 新材料产业. 2017(02)
[5]轻量化方舱与传统方舱的力学性能分析[J]. 代晋,补辉,吴贤. 电子科学技术. 2017(01)
[6]复合材料蜂窝夹层结构在飞机中的应用[J]. 柳敏静,武湛君. 科技导报. 2016(08)
[7]高速列车及其用复合材料的发展[J]. 邬志华,曾竟成,刘钧. 材料导报. 2011(21)
[8]Nomex蜂窝夹层结构真空袋共固化过程蜂窝变形[J]. 郑义珠,顾轶卓,孙志杰,李敏,张佐光. 复合材料学报. 2009(04)
[9]用均匀化理论分析蜂窝结构的等效弹性参数[J]. 王飞,庄守兵,虞吉林. 力学学报. 2002(06)
[10]蜂窝芯层的等效弹性参数[J]. 富明慧,尹久仁. 力学学报. 1999(01)
博士论文
[1]新型周期多孔材料的准静态和冲击特性研究[D]. 乔锦秀.清华大学 2016
[2]复合材料泡沫夹层结构低速冲击与冲击后压缩性能研究[D]. 王杰.上海交通大学 2013
[3]飞机蜂窝结构动态冲击下的破坏机理及吸收能量分配机制[D]. 孟黎清.太原理工大学 2011
[4]纤维增强复合材料层合结构冲击损伤预测研究[D]. 张彦.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]复合材料蜂窝夹层结构性能与连接研究及其在汽车车身上的应用[D]. 杨柳.华南理工大学 2012
本文编号：3214471
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蜂窝夹层结构
?伤起始准则中的任一失效判据后，根据实验或经验数据定义不同失效模式下的损伤变量值，材料的刚度被折减到定值。而渐进失效认为在某种载荷形式下，当满足损伤起始准则中的任一失效判据后，材料即出现损伤，随着材料的损伤程度逐渐累积，刚度发生连续退化，最终材料完全损伤，材料的刚度折减为0。这种渐进失效是更符合材料性能折减实际情况的一种刚度退化方式，渐进失效中刚度的连续退化还可分为：线性连续退化和非线性连续退化。本文的三维渐进失效模型采用的是线性连续退化的方式，将断裂能作为计算分析所必须的材料参数，图2-1为拉伸状态下的线性退化模式。以拉伸失效为例，断裂能tiCG和单元失效应变,tfi可按如下关系式(2-30)描述：,2ttiCfitGl(2-30)其中，l为单元特征长度，拉伸失效强度σt，由上述公式可以计算出拉伸失效模式下材料的失效应变，其他失效模式下的失效应变可以类比求出。图2-1拉伸状态下的线性退化模式在本文的三维渐进失效模型中，引入损伤状态变量d来描述材料的损伤情况。损伤状态变量di可按下式(2-31)求出[85]：,0,,0,()()()fiiiiiiiiifiid(2-31)式中，εf,i指单元发生完全损伤时的失效应变，εii指单元某一时刻下的应变，ε0,i指单元在损伤起始时的应变。
江南大学硕士学位论文18本文研究的蜂窝芯是六边形NOMEX蜂窝，采用各向同性理想弹塑性模型作为蜂窝芯的本构关系[89]，得到了较好的模拟结果，在后续的章节中详细阐述。蜂窝芯在面外压缩载荷下的经典应力-应变关系如下图2-2所示。图2-2NOMEX蜂窝在面外压缩载荷下的经典应力-应变关系2.5本章小结本章节中，首先对冲击响应进行了分类，介绍了正交各向异性材料的本构关系；然后对复合材料蒙皮的三维渐进失效准则进行了介绍，包括损伤起始准则和刚度退化方式，通过比较传统损伤起始准则的差异，给出了本文所采用的损伤起始准则和刚度退化方式；最后，对蜂窝芯的面内力学性能和面外力学性能进行了介绍，并采用各向同性理想弹塑性模型作为本文蜂窝芯的本构关系，为之后的数值模拟工作奠定了理论基矗
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料防弹防爆方舱技术发展现状[J]. 何金迎,李晓燕,甄建军,孙佳春,王小伟,陈强,胡文阁. 兵器装备工程学报. 2018(10)
[2]蜂窝夹层结构在飞机上的应用及发展[J]. 陈静,邱启艳. 新材料产业. 2018(07)
[3]军用方舱的发展趋势概述[J]. 耿嘉嵩,朱讯. 农业开发与装备. 2017(03)
[4]纤维复合材料在轨道交通中的应用概况[J]. 江洪,张晓丹,刘义鹤. 新材料产业. 2017(02)
[5]轻量化方舱与传统方舱的力学性能分析[J]. 代晋,补辉,吴贤. 电子科学技术. 2017(01)
[6]复合材料蜂窝夹层结构在飞机中的应用[J]. 柳敏静,武湛君. 科技导报. 2016(08)
[7]高速列车及其用复合材料的发展[J]. 邬志华,曾竟成,刘钧. 材料导报. 2011(21)
[8]Nomex蜂窝夹层结构真空袋共固化过程蜂窝变形[J]. 郑义珠,顾轶卓,孙志杰,李敏,张佐光. 复合材料学报. 2009(04)
[9]用均匀化理论分析蜂窝结构的等效弹性参数[J]. 王飞,庄守兵,虞吉林. 力学学报. 2002(06)
[10]蜂窝芯层的等效弹性参数[J]. 富明慧,尹久仁. 力学学报. 1999(01)
博士论文
[1]新型周期多孔材料的准静态和冲击特性研究[D]. 乔锦秀.清华大学 2016
[2]复合材料泡沫夹层结构低速冲击与冲击后压缩性能研究[D]. 王杰.上海交通大学 2013
[3]飞机蜂窝结构动态冲击下的破坏机理及吸收能量分配机制[D]. 孟黎清.太原理工大学 2011
[4]纤维增强复合材料层合结构冲击损伤预测研究[D]. 张彦.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]复合材料蜂窝夹层结构性能与连接研究及其在汽车车身上的应用[D]. 杨柳.华南理工大学 2012
本文编号：3214471
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