复合材料蜂窝夹芯板力学性能及稳定性研究

发布时间：2017-06-15 07:03

  本文关键词：复合材料蜂窝夹芯板力学性能及稳定性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在当今航空工业追求环保效率的总环境下,结构减重作为永恒目标一直没有变。蜂窝夹芯结构基于其较高的比刚度比强度广泛应用于飞机的外部承力结构及内饰结构中。结构减重过程中给复合材料蜂窝夹芯结构带来的不同面板铺层、不同芯层高度配比而体现出来的力学性能及稳定性表现往往值得关注;在遭受极端载荷下复材夹芯结构的破坏模式往往难以预测,这些都是工程师们致力于解决的问题,夹芯结构的力学性能研究、针对蜂窝夹芯航空结构件的稳定性研究及极端载荷下破坏模式分析就显得至关重要。本文以复合材料面板蜂窝夹芯结构为研究对象,对夹芯板的三点弯力学性能进行试验及仿真分析,并对复合材料蜂窝夹芯壁板剪切稳定性进行仿真及试验研究。针对不同弯曲取向,不同面板厚度的短梁结构蜂窝夹芯板进行三点弯性能仿真及试验研究,建立试验件连续芯层非线性有限元模型,从破坏模式、极限载荷与总体承载响应三个方面验证了仿真模型有效性。获得弯曲取向、面板厚度对蜂窝夹芯板三点弯极限载荷、失效模式、性能演变的影响规律,薄面板易发生蜂窝压塌继而面板折断的失效模式,厚面板蜂窝夹芯则是蜂窝剪切破坏。根据破坏模式筛选测得芯层等效剪切刚度及强度。推导出三点弯情况下面板与芯层剪力分配关系,结果表明,面板剪力分配系数随芯层与面板的高厚降低而幂级数增长,当高厚比大于10,面板剪力分配系数在5%以内。针对不同面板铺层、不同芯层高度对蜂窝夹芯壁板稳定性影响,设计了一套满足要求的加载装置对蜂窝夹芯壁板剪切载荷作用下进行仿真和试验研究。分析不同面板铺层、不同芯材厚度的蜂窝夹芯壁板分别在剪切作用下的临界屈曲载荷及失效模式。结果表明芯层高度越高、面板铺层越厚,壁板屈曲载荷越大,在一定范围内,提高芯层高度比增加铺层更有效率。芯层高度改变能显著改变蜂窝夹芯壁板的后屈曲特性及后续破坏模式,薄芯层设计偏于保守,厚芯层设计需要兼顾面板强度限制。
【关键词】：复合材料尾翼 蜂窝夹芯板 三点弯性能 稳定性 破坏模式
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V414
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究现状13-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 复合材料蜂窝夹芯板相关力学基础17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 相关复合材料结构力学基础17-20
• 2.2.1 正交各向异性单层板及其层合板的刚度与强度17-19
• 2.2.2 三明治模型芯层等效弹性参数19-20
• 2.3 蜂窝夹芯结构的屈曲20-24
• 2.3.1 蜂窝夹芯结构稳定性概述20-22
• 2.3.2 蜂窝夹芯结构屈曲载荷计算22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 复合材料蜂窝夹芯板弯曲性能分析25-41
• 3.1 剪力分配分析25-28
• 3.2 试验设备及试样概述28-30
• 3.3 试验过程及结果分析30-35
• 3.3.1 极限载荷30-31
• 3.3.2 试验过程与破坏模式31-35
• 3.4 夹芯剪切强度与剪切模量计算35-37
• 3.5 仿真试验结果对比37-39
• 3.5.1 有限元模型建立37-38
• 3.5.2 变形形态与总体承载响应38-39
• 3.6 本章小结39-41
• 第4章 夹芯壁板稳定性试验与仿真研究41-67
• 4.1 引言41
• 4.2 试验设计41-44
• 4.2.1 试验模型介绍41-42
• 4.2.2 试验设备及模型承载状态42-43
• 4.2.3 剪切试验件应变、位移测点布置43-44
• 4.3 壁板稳定性承载特性仿真分析44-47
• 4.4 蜂窝夹芯壁板剪切试验结果处理与分析47-58
• 4.4.1 极限载荷48-49
• 4.4.2 试验结果处理分析49-56
• 4.4.3 仿真与试验数据对比56-58
• 4.5 破坏模式分析58-64
• 4.5.1 SA6 类壁板破坏模式分析58-60
• 4.5.2 SA8 类壁板破坏模式分析60-62
• 4.5.3 SB6 类壁板破坏模式分析62-63
• 4.5.4 SB8 类壁板破坏模式分析63-64
• 4.6 试验结果对比评价64-66
• 4.7 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 白瑞祥,陈浩然,苏长健;考虑面板和心体剪切效应的复合材料夹层板稳定性的有限元分析[J];玻璃钢/复合材料;1999年05期

2 杜善义;;先进复合材料与航空航天[J];复合材料学报;2007年01期

3 邹建胜;曾建江;童明波;蔡婧;;不同夹芯复合材料夹层结构的剪切破坏行为[J];机械工程材料;2012年09期

4 富明慧;徐欧腾;陈誉;;蜂窝芯层等效参数研究综述[J];材料导报;2015年05期

5 张铁亮;丁运亮;金海波;;蜂窝夹层板结构等效模型比较分析[J];应用力学学报;2011年03期

  本文关键词：复合材料蜂窝夹芯板力学性能及稳定性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：451727