X-cor夹层结构力学行为研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:owenzhong2012
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X-cor夹层结构由Z-pin、泡沫、层压板三种材料和Z-pin—面板、Z-pin—泡沫、面板—泡沫三种界面组成,其材料间的不同复杂特性及相互影响,使得对 X-cor夹层结构的力学性能受力机理的研究比较困难。尤其是理论预测公式和细观受力机理有限元分析方法的尚不完善等还存在一些没有解决的问题。因此,开展 X-cor夹层结构力学行为研究,为其在工程上的广泛应用有着积极的现实意义。  通过与相同批次和尺寸的未增强件和去除泡沫的Z-pin夹层结构进行试验对比,考察Z-pin对泡沫夹层结构的增强效果。基于经典力学原理推导X-cor夹层结构的平压及剪切性能理论预测公式,理论计算值均远大于试验值。对Z-pin植入长度不一致导致其承载不均衡、Z-pin屈曲和 Z-pin从面板拔出等因素引起的结构力学性能衰减进行机理分析,论证引起性能折减的各个因素影响因子,得到该夹层结构的刚度、强度等效计算模型的解析式。完善X-cor夹层结构工程设计方法,解决了基于经典力学原理建立的力学计算模型过于理想化的问题。  通过桥联力试验和Z-pin从泡沫拔脱试验来研究X-cor夹层结构中Z-pin的界面性能,阐述了 Z-pin界面工作原理以及粘结机理,为该夹层结构细观受力机理有限元分析方法提供理论基础。在此基础上,提出X-cor夹层结构分离式有限元模型,引入双弹簧联结单元来模拟Z-pin的界面力学性能。平行于 Z-pin单元接触面的弹簧模拟计算界面相对滑移和粘接应力,垂直于单元接触面的弹簧模拟泡沫对 Z-pin屈曲提供的横向弹性支撑。对桥联力试验进行数值模拟仿真,试验数据与数值分析结果吻合性较好,表明用非线性弹簧单元来模拟 Z-pin界面力学性能是可行的。分离式模型实现了X-cor夹层结构力学行为和界面失效的有限元仿真计算。  基于Abaqus平台,引入Crushable Foam泡沫弹塑性本构,采用考虑几何非线性的有限元法研究 Z-pin夹层及 X-cor夹层结构的屈曲和后屈曲行为,模拟了结构受载后从弹性变形到破坏的全过程,填补了X-cor夹层结构以试验研究为主导,而无模拟完整计算过程的空白。
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