【摘 要】
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复合材料夹芯结构由于其自身的诸多优点,近些年来被广泛的应用于航空航天等领域。在实际的应用过程中,夹芯结构不可避免地会受到诸如冰雹、工具掉落等外来物的冲击,所造成的冲击损伤有时很难通过肉眼被发现,但却会对结构的刚度和强度造成一定的影响。因此,有必要对复合材料夹芯结构在低速冲击下的力学行为做相应的研究。本文对两种夹芯壁板结构的完好件稳定性、低速冲击和冲击后压缩性能进行了试验和数值研究。主要研究内容包括
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复合材料夹芯结构由于其自身的诸多优点,近些年来被广泛的应用于航空航天等领域。在实际的应用过程中,夹芯结构不可避免地会受到诸如冰雹、工具掉落等外来物的冲击,所造成的冲击损伤有时很难通过肉眼被发现,但却会对结构的刚度和强度造成一定的影响。因此,有必要对复合材料夹芯结构在低速冲击下的力学行为做相应的研究。本文对两种夹芯壁板结构的完好件稳定性、低速冲击和冲击后压缩性能进行了试验和数值研究。主要研究内容包括:(1)针对夹芯结构面板铺层结构的不同,分别建立了适合复合材料织物和单向带的初始损伤判据和材料性能退化方式,采用Cohesive单元来模拟芯材与面板之间的胶层,考虑到芯材拉压强度的不同,选取三参元广义强度准则作为芯材的强度判据准则,并采用应力不变模型作为芯材到达极限强度后材料性能退化模型。(2)对两种夹芯壁板进行了完好件稳定性试验和数值研究,发现两种夹芯壁板在发生屈曲后的很短时间内结构即发生失效。将有限元分析结果与试验结果做对比,吻合性较好,证明了有限元模型的有效性和准确性。(3)基于ABAQUS/Explicit平台,对两种夹芯壁板结构进行了低速冲击有限元分析,得到低速冲击响应曲线和夹芯结构的损伤情况,通过与试验结果进行对比分析,表明本低速冲击后损伤模型可以作为冲击后压缩性能分析的初始条件。(4)对含冲击损伤的试件进行冲击后压缩试验和数值分析。结果表明:含冲击损伤壁板结构在轴向压缩载荷下的失效主要是由于冲击点区域率先出现局部屈曲,然后迅速扩展贯穿整个横向截面。含冲击损伤壁板结构的剩余承载能力有所降低。
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