钎焊铝蜂窝夹层板的等效模量研究

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钎焊铝蜂窝夹层板相较于胶粘铝蜂窝板具有更好的界面结合性能,因此整体力学性能优于胶粘铝蜂窝板,进而受到了工程应用领域越来越多的关注。该材料的基本力学参数对于工程应用设计至关重要,且在设计与评价其制成的结构时,由于蜂窝结构的复杂性,通常需要对其进行等效处理。目前,关于钎焊铝蜂窝板的力学性能研究还较少,同时现有等效模型对钎焊铝蜂窝板的适用性仍待验证。本文通过试验获得了三种静态载荷工况下钎焊铝蜂窝板的力学响应,得到了几个主要等效模量的试验值,同时也计算了理论值;进一步建立了钎焊铝蜂窝板有限元模型,模拟相应工况的力学响应,与试验工况的响应进行对比验证,并得到了几个主要等效模量的模拟值。最后结合有限元方法,通过算例对比三种常用蜂窝夹层板等效模型,得到了精度和适用性较好的等效模型,并利用试验对比验证该模型的等效效果,同时讨论了面外等效模量采用试验值、理论值及模拟值对等效模型的影响,为该材料在工程领域的设计、优化和使用提供有效参考。以下为本文主要研究内容及结论:(1)开展平压、剪切和侧压试验,分析了各工况承载响应曲线与试样对应的变形阶段,测得了钎焊铝蜂窝板面外弹性模量、横向和纵向剪切模量、面内弹性模量,以及平压强度、横向和纵向剪切强度、侧压强度,并结合试验所测参数采用对应的理论公式算得理论值。(2)结合有限元方法,分别建立了平压、剪切和侧压工况下的钎焊铝蜂窝板有限元模型,对比试验结果说明模型能较准确地模拟钎焊铝蜂窝板的变形与响应,并得到了面外弹性模量、剪切模量和面内弹性模量的模拟值。进一步模拟讨论了等效模量的相关影响因素。(3)通过静态和动态算例模拟结果,对比三明治夹层板、等效板和蜂窝板三种等效模型,得出三明治模型的等效精度最高,适用性最好。并通过与横向三点弯曲试验对比,结果表明三明治等效模型能较好地模拟钎焊铝蜂窝板的响应特征。同时,讨论得出芯层面外等效模量采用试验值的效果好于采用理论值和模拟值。
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