蜂窩夾層復(fù)合材料的非線性本構(gòu)理論研究.pdf

1、玻璃鋼面板蜂窩芯夾層復(fù)合材料因具有高比強(qiáng)度、高比剛度、高比表面積等優(yōu)點(diǎn)以及優(yōu)良的抗沖擊能力、耐疲勞性能和材料的可設(shè)計(jì)性能，日益受到人們的重視。目前已經(jīng)在航空航天、交通運(yùn)輸、電子、能源、化工、機(jī)械、建筑等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在衛(wèi)星、航天器、飛機(jī)上大量采用了蜂窩夾層復(fù)合材料。
　　 本文根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了蜂窩夾層復(fù)合材料板的彎曲試驗(yàn)、平壓實(shí)驗(yàn)、側(cè)壓實(shí)驗(yàn)、剪切實(shí)驗(yàn)。自行設(shè)計(jì)制備面內(nèi)拉伸實(shí)驗(yàn)試件，測(cè)定蜂窩夾層復(fù)合材料在單一應(yīng)力

2、狀態(tài)或簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，同時(shí)測(cè)得蜂窩夾層復(fù)合材料的等效彈性模量和極限承載力。
　　 在理論研究方面，首先基于六邊形蜂窩的代表性體單元建立了考慮面板約束效應(yīng)的蜂窩芯位移模式并根據(jù)真實(shí)代表性單元與其等效均質(zhì)材料的代表性單元在宏觀均勻應(yīng)變作用下彈性應(yīng)變能相等的原則推導(dǎo)出計(jì)入面板約束效應(yīng)的蜂窩芯等效彈性常數(shù)，然后基于細(xì)觀力學(xué)三維橋聯(lián)模型、一階剪切變形假定將夾層復(fù)合材料板理想化為二維正交各向異性均質(zhì)板并推導(dǎo)出其整體等效彈性常數(shù)

3、及彎曲剛度。進(jìn)一步探討了蜂窩幾何參數(shù)對(duì)其彈性常數(shù)以及對(duì)蜂窩夾層復(fù)合材料板的等效彈性常數(shù)和彎曲剛度的影響。通過與現(xiàn)有理論結(jié)果、有限元結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比證實(shí)本文導(dǎo)出的彈性常數(shù)公式具有合理的預(yù)報(bào)精度。結(jié)果表明面板約束對(duì)蜂窩芯等效彈性常數(shù)有顯著影響。
　　 其次，根據(jù)蜂窩代表性單元中各蜂窩壁的彈-塑性本構(gòu)方程，計(jì)算出蜂窩壁在總體坐標(biāo)系下的應(yīng)變能增量，然后，由應(yīng)變能的可加性導(dǎo)出蜂窩代表性單元的等效彈-塑性本構(gòu)方程。再應(yīng)用一階剪切理論和

4、三維彈塑性橋聯(lián)模型，建立起蜂窩夾層復(fù)合材料的彈-塑性本構(gòu)方程。
　　 與現(xiàn)有的預(yù)報(bào)蜂窩夾層復(fù)合材料宏觀強(qiáng)度的方法不同，本文通過判斷組分材料的失效來確定其破壞和材料破壞點(diǎn)的位置，根據(jù)蜂窩夾層復(fù)合材料整體承載特征，當(dāng)材料并未完全喪失承載能力時(shí)，對(duì)失效材料所在的復(fù)合材料單層或蜂窩壁進(jìn)行剛度折減，進(jìn)一步依據(jù)最終破壞判據(jù)確定其極限承載能力。為了反映面層、膠層和芯層不同的破壞特征，本文分別進(jìn)行不同的剛度衰減而不是對(duì)蜂窩夾層復(fù)合材料的整體剛度

5、矩陣進(jìn)行剛度衰減，并據(jù)并據(jù)蜂窩夾層復(fù)合材料的彈塑性本構(gòu)方程導(dǎo)出衰減后的整體剛度矩陣，實(shí)施后續(xù)分析。
　　 利用對(duì)應(yīng)于J2流動(dòng)塑性理論的徑向返回算法導(dǎo)出蜂窩夾層復(fù)合材料組分材料的應(yīng)力更新表達(dá)式，并基于所建立的本構(gòu)方程、破壞判據(jù)及剛度衰減準(zhǔn)則，編制計(jì)算程序預(yù)報(bào)蜂窩夾層材料受三點(diǎn)彎曲、面內(nèi)拉伸和面內(nèi)壓縮作用時(shí)的荷載-位移曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的曲線進(jìn)行比較。進(jìn)一步探討蜂窩和面層的幾何特征、鋪層方式對(duì)蜂窩夾層復(fù)合材料在不同加