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复合材料蜂窝夹芯结构疲劳行为研究

柴子龙  
【摘要】:蜂窝夹芯结构具有诸多优点,已经被广泛应用于各个领域,在航空航天领域的应用尤为广泛。在实际的应用中,为保证结构的可靠性,疲劳问题往往是需要慎重考虑的。随着工艺的进步,蜂窝夹芯结构的静态力学性能逐渐趋于稳定,但不同的夹芯材料的影响依然很明显。为了探索Nomex纸蜂窝夹芯结构的静态力学性能和疲劳行为,主要做了以下研究工作:本文首先介绍了夹芯结构的基本理论,阐述了夹芯梁理论以及蜂窝夹芯结构的典型失效模式,并做了三点弯曲的强度分析。简要概述了适用于蜂窝夹芯板的疲劳累积损伤模型。然后分别对蜂窝夹芯结构的平压和三点弯曲进行了实验研究工作。对蜂窝平面压缩强度的离散程度给出解释,将强度按照正态分布和weibull分布进行拟合。通过载荷变形曲线,分析不同阶段承载力变化。对三点弯曲的不同阶段进行分析,得到不同阶段的破坏形式。分析得到三点弯曲破坏为芯子达到强度极限。接着对蜂窝夹芯结构进行了平压疲劳实验以及三点弯曲疲劳实验进行了研究。通过不同载荷水平下的疲劳实验分别得到蜂窝芯子的压缩疲劳S-N曲线以及三点弯曲S-N曲线。完成了对两个实验疲劳损伤过程的分析,并将最终失效情况与静态实验失效情况对比分析。选取了平压等效模量作为损伤变量,得到蜂窝芯子的模量衰退曲线。通过实验记录仪的记录,得到不同载荷水平下的平面压缩以及三点弯曲破坏过程。最后,建立有限元实体模型并对有限元模型进行计算并将计算结果与静态实验结果对比验证。结果表明,两者的相对误差不大,证明了有限元模型的可靠性。同时考虑到三点弯曲的破坏模式为蜂窝芯子的压溃,提出了使用蜂窝芯子的平面压缩S-N曲线计算三点弯曲寿命方法。结果表明有限元计算结果与实际结果比较接近,认为方法是可行的。


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