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混杂纤维复合材料夹芯结构静载下数值模拟

王孟孟  
【摘要】:复合材料泡沫夹芯结构作为一种承载结构,而又有缓冲吸能、吸声、降噪及轻质等优越性能,已被广泛应用于航空、航天、汽车等领域。在舰船方面的应用更是屡见不鲜,瑞典的VISBY级巡洋舰,美国的海狼级攻击性核潜艇等等,都是复合材料泡沫夹芯结构在舰船上成功应用的实例。本文对一种新型的混杂纤维复合材料夹芯结构的力学性能进行研究。 编写有限元软件(ABAQUS)用户子程序UMAT对铝泡沫材料进行压缩、拉伸、剪切强度模拟,结果与文献中的试验结果吻合比较良好。编写用户子程序USDFLD对层合板在三点弯曲作用下的强度进行模拟。在编程过程中采用改进Hashin破坏准则,分别对碳纤维增强层合板和碳-玻混杂纤维增强层合板在弯曲载荷作用下的失效过程进行了模拟与分析,结果表明碳-玻混杂纤维层合抗弯曲载荷性能更强。 从理论上推导了碳-玻混杂纤维增强铝泡沫夹芯结构的刚度及柔度表达式,并结合数值模拟方法对碳纤维增强夹芯结构以及碳-玻混杂纤维增强夹芯结构的刚度和柔度进行对比分析。 通过理论与数值模拟相结合的方法,针对碳纤维增强铝泡沫夹芯结构和混杂纤维增强泡沫铝夹芯结构在弯曲载荷作用下的失效破坏行为进行研究,分析了该种结构的主导破坏模式及其最大载荷能力,结果表明:碳-玻混杂纤维增强金属泡沫铝夹芯结构具有更强的抗弯曲能力。


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