X-cor增強(qiáng)泡沫夾層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)行為研究.pdf

1、X-cor泡沫夾層結(jié)構(gòu)是z-pin技術(shù)在泡沫夾層結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用成果,具有比蜂窩夾層結(jié)構(gòu)更優(yōu)越的力學(xué)性能,同時(shí),X-cor泡沫夾層結(jié)構(gòu)還克服了一般泡沫夾層結(jié)構(gòu)的壓縮與剪切性能低、面板與芯材容易發(fā)生脫粘和分層等缺點(diǎn)。作為一種新型結(jié)構(gòu),X-cor泡沫夾層結(jié)構(gòu)通過選取不同泡沫型號(hào)、不同pin材料、直徑、間距及其植入密度和角度等參數(shù),可實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)越結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)。因此,X-cor泡沫夾層結(jié)構(gòu)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中具有很好的應(yīng)用前景。目前,國(guó)外對(duì)X-cor泡沫

2、夾層結(jié)構(gòu)的研究已取得一定成果,而國(guó)內(nèi)對(duì)該結(jié)構(gòu)的工藝和性能的研究正處于起步階段。本文結(jié)合對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的調(diào)研,采用試驗(yàn)、理論和有限元等方法對(duì)其拉伸、壓縮和剪切性能進(jìn)行了研究。首先,采用試驗(yàn)方法研究了pin直徑、植入角、植入密度、端部斜切角、植入深度以及pin空間布局等參數(shù)對(duì)X-cor泡沫夾層結(jié)構(gòu)拉伸、壓縮和剪切性能的影響。研究結(jié)果表明,pin組成的X-cor使泡沫夾層結(jié)構(gòu)的這三種性能顯著提高。Pin植入角、直徑以及植入密度是壓縮和剪切性

3、能的主要影響因素,而端部斜切角及空間布局的影響可忽略。此外,橫向面內(nèi)pin對(duì)剪切性能的貢獻(xiàn)較小。隨pin植入密度、直徑或端部植入深度的提高,X-cor泡沫夾層結(jié)構(gòu)的面外拉伸性能顯著得到增強(qiáng)；芯-面界面存在膠層時(shí),泡沫對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響較大,對(duì)拉伸剛度的影響較小。其次,通過對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分析,本文重點(diǎn)研究了X-cor泡沫夾層結(jié)構(gòu)的變形和破壞機(jī)理。1)壓縮。壓縮破壞機(jī)理為pin發(fā)生彈性屈曲,考慮橫向剪力和端部約束對(duì)pin臨界載荷的影響后,

4、完善了壓縮強(qiáng)度模型,并利用混合率建立了面外壓縮剛度模型。2)剪切。Pin大規(guī)模被拔出以及泡沫受剪發(fā)生斷裂是導(dǎo)致夾層結(jié)構(gòu)剪切破壞的主要原因,在考慮了芯-面界面膠層的影響后,建立了剪切強(qiáng)度模型,對(duì)pin端部所受約束進(jìn)行了細(xì)節(jié)分析,完善了已有的剪切剛度模型,并建立了X-cor剪切剛度有限元模型。3)拉伸。拉伸破壞機(jī)理為pin從面板被拔出和泡沫斷裂,在此基礎(chǔ)上考慮了芯-面界面是否存在膠層,建立了拉伸強(qiáng)度模型。在以上試驗(yàn)研究與理論研究基礎(chǔ)之上,本

5、文將各模型計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性并指出其中不足,以作進(jìn)一步分析。最后,本文綜合討論了pin各參數(shù)對(duì)三種力學(xué)性能的影響。1)當(dāng)Pin的植入角約為22°,端部斜切角約為30°時(shí),如果適當(dāng)增加植入深度,可獲得效率較優(yōu)的X-cor泡沫夾層結(jié)構(gòu)。2)如果保留芯材中的泡沫或芯-面間采用膠接,不僅可以提高結(jié)構(gòu)韌性,而且可以優(yōu)化X-cor泡沫夾層結(jié)構(gòu)。3)在X-cor泡沫夾層結(jié)構(gòu)中,pin的軸向優(yōu)越性能否得到充分發(fā)揮,將直接影