【摘 要】
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点阵复合夹芯板由点阵结构作为中间芯层,金属作为上下面板构成。相比于传统单层板,点阵芯层因其具有较高孔隙率而使得整体结构重量更轻。在减重、吸能、降低成本及其生产时间
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点阵复合夹芯板由点阵结构作为中间芯层,金属作为上下面板构成。相比于传统单层板,点阵芯层因其具有较高孔隙率而使得整体结构重量更轻。在减重、吸能、降低成本及其生产时间等方面表现出优越性能,因而在航空航天、汽车等行业越来越受到重视。在实际工程应用中,复合夹芯板经常受到外界压缩及冲击载荷的作用而发生变形破坏甚至界面脱粘现象。因此,对AZ31B镁合金/改性聚乳酸芯层点阵复合夹芯板的静动态性能及异质界面粘结问题进行研究分析显得尤为重要。本文首先选择了以体心和面心结构为主的四种点阵拓扑构型,基于熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)3D打印改性聚乳酸的材料模型,数值模拟分析了四种点阵结构的准静态压缩特性,并通过与理论推导结果相比较,验证了数值模型的有效性。在此基础上,为增强AZ31B镁合金面板与改性PLA点阵芯层间的界面粘结效果,结合机械法与化学法,对镁合金金属表面与改性聚乳酸微沟槽点阵芯层界面进行表面预处理。然后,通过试验获得了该异质粘结层的界面参数,并基于指数型内聚力模型,编写界面粘结层VUMAT子程序并进行验证。最后,基于界面子程序,对准静态压缩模拟中表现出较好吸能特性的改性聚乳酸点阵构型与AZ31B镁合金面板构成的复合夹芯板进行冲击模拟研究,并进一步分析了冲击位置、基体材料对点阵复合夹芯板动态冲击特性的影响。结果表明:⑴相比于体心立方结构BCC与面心立方结构F2CC构型,具有Z向支柱的BCCZ与F2CCZ点阵构型表现出更好的准静态压缩特性,其等效弹性模量、应力峰值、吸能特性更高;⑵AZ31B镁合金与改性聚乳酸微沟槽点阵芯层界面间的层间断裂韧性值GIC与GIIC分别可达0.47kJ/m2和8.32 kJ/m2。与AZ31B镁合金与改性聚乳酸光滑点阵芯层间的界面参数相比,其界面强度明显得到了提升;⑶在动态冲击载荷的作用下,F2CCZ点阵复合夹芯板较BCCZ点阵复合夹芯板表现出更好的抗冲击性能。另外,冲击位置对复合点阵夹芯板的变形损伤程度影响很大。相比于改性聚乳酸点阵夹芯板,发现相同质量分数下的钛合金点阵复合夹芯板具有更好的抗冲击刚度和强度。
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