文档介绍：国内图书分类号: TB333 国际图书分类号: 539 工学博士学位论文含面芯界面脱胶蜂窝夹芯结构的 破坏行为研究 博士研究生: 泮世东导师: 吴林志教授申请学位: 工学博士学科、专业: 工程力学所在单位: 复合材料与结构研究所答辩日期: 2007 年 11 月 7 日授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: TB333 .: 539 Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering FAILURE BEHAVIOR OF B SANDWICH STRUCTURE WITH INTERFACIAL DEBONDING DEFECT Candidate : Pan Shi Dong Supervisor : Prof. Wu Lin Zhi Academic Degree Applied for : Doctor of Engineering Speciality : Engineering Mechanics Affiliation : Center posite Materials Date of Defence : November,7, 2007 Degree-Conferring-Institution : Harbin Institute of Technology 摘要摘要蜂窝夹芯结构目前已经广泛用于火箭、导弹、飞机、卫星等航空、航天领域。与传统材料相比,蜂窝夹芯结构具有比刚度大、比强度高等优点。针对我国目前有关部门广泛使用的由碳纤维/ 环氧面板和铝合金蜂窝芯子组成的夹芯板的损伤破坏行为,本文从实验表征、理论分析和数值模拟三方面进行了分析研究,发现了其独特的破坏模式,并建立了得到相应实验验证的行之有效的计算模型。在第一章中,从实验测试、理论分析和数值模拟等方面对蜂窝芯子、层合面板和夹芯结构力学行为的研究现状进行了回顾和综述,并阐述了本课题的研究目的和意义。在第二章中,利用实验方法对蜂窝芯子的面外力学性能进行了测试,并利用数值模拟与理论分析相结合的方法对芯子在剪切载荷作用下的变形机理进行了分析。在此基础上,基于悬臂梁变形理论和薄板剪切屈曲失稳理论, 建立了新的蜂窝芯子面外等效剪切模量和剪切强度的理论模型。利用弯曲实验、拉伸实验和压缩实验得到了面板的力学性能参数, 基于经典层合板理论分析了面板(层合板)的弹性模量和强度,并验证了单层板的弹性模量和强度。在第三章中,首先利用双悬臂梁实验( DCB )和单臂梁实验( SLB ) 对含面芯界面脱胶蜂窝夹芯板的破坏机理进行了研究,发现了与以往文献报道中不同的 IKP 破坏模式,即面板层间分层( Initiation of interlaminar delamination ) 、面板单层断裂( Kinking into facesheet )和层间分层扩展( P ropagation of interl aminar delamination ) 。然后利用面积法计算出 DCB 实验和 SLB 实验中面板层间分层的能量释放率,利用基于虚裂纹闭合技术的有限元法模拟对 DCB 实验和 SLB 实验中面板层间分层过程中的 I 型能量释放率和 II 型能量释放率进行了分离,结果表明 I 型能量释放率远高于 II 型能量释放率。在第四章中,根据 DCB 实验和 SLB 实验中所发现的典型破坏行为,建立了基于蔡- 希尔破坏准则和能量释放率准则的 IKP ( Initiation of delamination, K inking and Propagation of delamination )计算模型。该计算模型能够同时考虑单层板的断裂破坏和面板层间分层破坏。根据第三章中所确定的能量释放率实验和数值结果,求出了面板层间 I 型和 II 型裂纹的临界- I - 哈尔滨工业大学工学博士学位论文能量释放率。在能量释放率的计算中,采用了基于粘结模型的界面单元。计算模型成功地模拟了 DCB 实验和 SLB 实验中的典型破坏模式,模拟结果与实验结果较为吻合。在第五章中,利用改进后的 BIKP ( B uckling, Initiation of delamination, K inking and Propagation of delamination )计算模型对含不同类型面芯界面脱胶蜂窝夹芯板在侧向压缩载荷作用下的典型破坏行为进行了分析,结果表明含面芯界面脱胶夹芯板的侧压破坏表现出与以往文献中不同的 BIKP 破坏模式, 即面板局部屈曲( B uckling) 、面板层间分层( Initiation of interlaminar delamintion) 、面板