含封边框蜂窝夹芯结构的压缩强度研究

发布时间：2020-07-03 13:33

【摘要】：蜂窝夹芯结构以其比刚度大、比强度高和隔音、防热、耐疲劳等优点,被广泛应用于航空航天等领域中。在蜂窝夹芯结构向薄板过渡时存在斜坡式外加装封边框的过渡区域,为了探索这种含封边框蜂窝夹芯结构的强度和过渡区域斜坡上面芯脱粘对整个结构的影响,本文以铝合金面板和Nomex蜂窝芯组成的含封边框蜂窝夹芯结构为研究对象,开展了以下研究:进行了蜂窝芯平压、面外剪切试验,测量了Nomex蜂窝芯的三个基本弹性力学参数,分析了相应的失效过程;通过双悬臂梁(DCB)试验和单臂弯曲(SLB)试验,测量计算了蜂窝夹层板面芯界面开裂的临界应变能释放率。在DCB和SLB实验中发现,面板和蜂窝芯层的分离是由与胶层接触的蜂窝芯壁断裂破坏引起的,并且裂纹面沿着胶层和蜂窝芯粘接面扩展。采用界面单元,对含封边框蜂窝夹芯结构面内压缩荷载作用下的破坏过程进行了有限元模拟,讨论了夹芯结构过渡区斜面面芯粘接情况(完好和脱粘)对破坏荷载的影响。研究发现两种粘接情况试件破坏均发生在过渡区域中,外面板是主要承载对象,应力最大及危险区域在外面板的四个角。过渡区域斜坡上面芯脱粘对内面板应力影响较大,较粘接模型内面板最大应力下降49%。通过压缩试验,测试了含封边框蜂窝夹芯结构在面内压缩的强度,对比了夹芯结构过渡区斜面面芯粘接情况(完好和脱粘)对破坏荷载的影响。试验表明,对于所研究的材料,压缩破坏均表现为过渡区域外面板的局部屈曲,脱粘情况下的破坏强度比粘接良好试件低2.2%。对两种粘接情况的破坏荷载和破坏模式的有限元计算结果和试验结果均吻合良好,表明有限元分析中用界面元模拟面芯界面的有效性。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V214.6
【图文】：

合材料应用在越来越多的领域上，材料乃是不可缺少的一部分。蜂窝个面板和蜂窝芯组成的一种结构。质量轻又很厚，一般其厚度是面板比强度高、抗弯曲、隔音、防热和窝夹层结构主要分为铝蜂窝夹层结构等[1]。夹芯结构最早出现在 19 世的关注，英国的海耳教授第一次采用夹芯材料广泛应用在飞机上，如机芯结构，德国 ACS 宣布使用 PP 芯GM 生产的 Audi 车质量减轻一半，B个飞机外形面积的 85%以上，F-11积的 90%以上[3]。

图 1.2 蜂窝芯成型方法（图片来源于文献[5]）芯结构类似于层合板又区别于层合板，如图 1.1 所示，它是由厚而轻的蜂窝芯组成，蒙皮与芯子之间通过树脂胶来粘接[4]。蒙皮的厚度要远远小于芯子的高度，由于蒙皮的比重远远高于可以通过适当提高芯子高度的方法大幅度提高夹芯结构的弯高结构的等效弯曲刚度与强度力学性能。蜂窝芯的制造流程如ex 纸通常经过拉伸、挤压成型、逐层粘合、固化成型和膨胀工窝芯[5]，这种 Nomex 纸可以在 160°高温下长时间使用，具有伸长率，夹层结构 Nomex 蜂窝芯具有高强度和高刚度。窝夹芯结构具有比强度大、比刚度高、比重轻等优点，但是其容易出现面芯界面脱粘，这种缺陷对蜂窝夹芯结构来说不容忽窝夹芯结构过早失效的罪魁祸首。所以在蜂窝夹芯结构投入解这些缺陷会造成哪些危害，便于修理维护。对于蜂窝芯子的法，分别为数值模拟和实验。相对而言，实验途径的人力和物

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本文编号：2739728