铝蜂窝夹层结构界面断裂性能研究

摘要

夹层结构是由高强度面板与中间低密度芯层粘合而成，常用的芯层是蜂窝状结构。在承载过程中，面板通常承受面内拉伸、压缩和剪切载荷，而芯层用于抵抗横向剪切力，并能维持横向稳定性。该结构的强度和刚度在很大程度上受材质的影响，但是面板与芯层之间的粘结质量也对夹层结构的安全、可靠有着很重要的影响。面板与芯层之间粘结界面的脱粘破坏会显著降低夹层结构承载时的力学性能，并进一步导致结构发生破坏。因此，在蜂窝夹层结构的设计中考虑界面破坏行为以获得最佳性能是十分有必要的。 本文采用数值分析和实验验证相结合的方法，以轻质铝合金蜂窝夹层结构界面为研究对象，对蒙皮和蜂窝芯层之间胶接界面的断裂性能进行研究。 首先，依据铝合金蜂窝夹层板粘结界面的特性，分别开展了蒙皮/蒙皮、蒙皮/蜂窝芯界面的双悬臂梁实验和三点弯测试，获得蒙皮/蒙皮、蒙皮/蜂窝芯界面的Ⅰ型和Ⅱ型断裂参数。同时，开展单搭接测试分别获取蒙皮/蒙皮、蒙皮/蜂窝芯界面的剪切强度，作为双线性内聚力模型的初始参数。 其次，开展了以双线性内聚力模型为基础的界面断裂行为数值验证。以Ⅰ型断裂实验为依据，利用有限元软件ABAQU分别对实体和蜂窝夹层结构双悬臂梁实验结果进行验证分析。并基于双线性内聚力模型对面内载荷下铝蜂窝夹层结构的力学响应进行分析，采用实验和数值相结合的方法研究了界面脱粘对夹层结构承载能力的影响。 最后，讨论了含复杂界面的蜂窝夹层结构的失效形式和力学性能。通过开展含预埋件蜂窝夹层结构的轴向拉伸测试，采用数值分析法建立了考虑界面破坏的含预埋件蜂窝夹层结构在面外载荷下的有限元模型，预测了界面行为对此类结构承载能力的影响。 通过以上研究，实现了考虑界面断裂行为的蜂窝夹层结构承载能力复核复算，采用实验和有限元仿真相结合的方法获取了双线性内聚力模型的断裂参数，并通过数值分析验证双线性内聚力模型模拟界面断裂的准确性，实验和数值结果较为一致，从而为铝合金蜂窝夹层结构胶接界面设计提供数据支持，并为结构承载能力的提高提供参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 本课题研究背景和意义

1.2 蜂窝夹层结构国内外研究现状

1.2.1 夹层结构的发展应用

1.2.2夹层结构界面破坏研究

1.2.3蜂窝夹层结构的等效方法

1.3 本文的主要工作

2 蜂窝夹层结构界面破坏理论

2.1 界面断裂理论基础

2.2 内聚力模型简介

2.3 蜂窝结构等效模型基础

2.4 本章小结

3 铝合金蜂窝夹层界面断裂实验

3.1.1 实体界面双悬臂梁测试

3.1.2 蜂窝界面双悬臂梁测试

3.2 Ⅱ型断裂测试

3.2.1 实体界面三点弯测试

3.2.2 蜂窝夹层界面三点弯测试

3.3 界面切向强度实验

3.3.1 实体界面单搭接测试

3.3.2 蜂窝界面单搭接测试

3.4 界面法向强度实验

3.5 本章小结

4.1 内聚力模型验证分析

4.2 面内载荷下蜂窝夹层结构界面破坏分析

4.2.1蜂窝夹层结构侧压脱粘实验

4.2.2蜂窝夹层等效板侧压数值模拟

4.2.3 蜂窝夹层板侧压数值模拟

4.3 面外载荷下含预埋件蜂窝夹层结构界面破坏分析

4.3.1含预埋件蜂窝夹层结构轴向拉伸实验

4.3.2含预埋件蜂窝夹层结构数值模型

4.3.3结果分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书