纤维柱增强泡沫夹芯板的压陷行为研究.PDF

纤维柱增强泡沫夹芯板的压陷行为研究 * 王世勋 ，吴林志，马力，王兵 （哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，哈尔滨，150080） E-mail address:shixun100@163.com Fax:0451 Tel:0451 摘要： Z 向增强复合材料结构凭借优越的抗脱层性能越来越多地得到中外学者的关注。作 为Z 向增强在夹芯结构中的应用，纤维柱增强泡沫夹芯板在芯体与面板的连接强度上较传统 泡沫夹芯结构有了明显的增强，而且由于纤维柱的存在使得芯体在Z方向的强度也有所提 高。本文使用李兹法对纤维柱增强泡沫夹芯板的局部压陷行为进行了理论研究。结果表 明，由于纤维柱的存在使得局部压陷区的范围明显减小，从而使剩余强度得到提高。 关键词：纤维柱增强泡沫夹芯结构；局部压陷；压陷区域；剩余强度 引言 复合材料夹芯结构凭借高的比刚度和比强度，目前已被广泛应用在航 空、航天等领域。由于夹芯结构在遭受某些冲击载荷后的破坏现象是难以察 觉的，所以研究复合材料夹芯结构在冲击载荷下的力学响应及破坏问题是近 年来夹芯结构研究的热点。Olsson[1]指出将结构的冲击分为低速和高速是不 恰当的，而以冲击物与结构有效质量的比值进行分类才是更为合适的提法。 他同时指出，当比值M m ≥4 （大质量比）的时候结构的响应与准静态 冲击 有效 响应相同。工具的坠落、飞机跑道的碎片、冰雹等工程中常见的冲击现象都 可归结为“大质量比”的冲击过程。因此，在工程中迫切需要对“大质量 比”冲击问题进行研究。 Olsson[2，3]预报了“大质量比”的压陷力与压陷位移的响应。Wen等[4] 研究了夹芯板在半圆形压头作用下的准静态和动态响应。Hoo Fatt[5,7]对于 夹芯结构的冲击响应建立了准静态和动态的力学模型，并研究了不同边界条 件下的冲击响应。Soden[6]建立了夹芯梁压陷行为的力学模型。至今，对于 纤维增柱强泡沫夹芯结构压陷行为的研究还未见报道，本文利用李兹法对纤 维柱增强泡沫夹芯结构压的陷行为进行了研究。 1 t f h 纤维柱 芯体 面板 （a ） 压头 （b ） 图1：缝合夹芯结构的正视图（a）与俯视图（b） 局部压陷行为的研究 [5] Hoo Fatt 等人针对复合材料夹芯结构提出了在下面板完全刚性支撑的边界 条件下的横向位移假设 ⎧ 2 2 2 当 ≤ + ≤ δ 0 x y R ⎪ ⎪ 2 2 2 2 (1) w x, y ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ( ) ⎨ ⎛x −R ⎞ ⎛y −R ⎞ 2 2 2 2 δ 1 1 当 R x y ξ x 0,y 0