复合材料夹层板轻量化结构设计的实验与数值研究( Experimental and numerical study of composite sandwich panels for lightweight structural design )

S Thiagarajan R Munusamy

复合材料夹层板是一种轻质材料，在汽车、航空航天和国防系统等许多应用中都被认为是结构设计的重要组成部分。在实际应用前，这些板必须开发和验证其在不同载荷条件下的机械强度特性。因此，本文对复合材料夹层板在准静态边压和平面压载荷作用下进行了试验和数值研究。采用2×2双向200GSM斜纹碳纤维和热固化苯并恶嗪树脂研制了复合材料面板。采用所研制的铝蜂窝芯复合面板制作夹层板。对所开发的复合面板进行了拉伸和弯曲试验，对夹层板进行了方边和平面压缩试验。在岛津UTM用50千牛容量的机器进行了每项测试的三个样本。在每一个试验类别中，观察到所有样本的一致载荷-位移曲线和破坏模式。试验结果表明，复合材料面板的极限拉伸强度为444 MPa,弯曲强度为842 MPa,与航空航天用环氧基复合材料相当接近；夹层板的方丝抗压强度为610 MPa，平面抗压强度为3.5MPa。拉伸试验试样在破坏前最初经历了一定的分层，并在靠近试样保持端的地方失效。弯曲试验表明，在加载面仅有一层分层。然而，即使在失败后，标本也很好地完整地结合在一起。夹层结构在方丝压缩试验中表现出弯曲破坏模式；在夹层的拉伸侧出现严重的分层，而在试样的中面出现折线裂纹并破坏。在平压情况下，夹层结构没有明显的损伤。论文的第二部分描述了用显式有限元求解器即Z对拉伸、弯曲、方丝压缩和平面压缩等试验情况进行的数值模拟。LS-Dyna。选择材料类型22和26分别定义复合材料和蜂窝的材料行为。分层是用*contact_automatic_surface_surface_tiebreak卡模拟的，选择9是在B-K线性断裂力学定律下工作的，以定义裂纹的法向和剪切破坏。数值计算结果与实验观测结果吻合较好。因此，本文所开发的LS-DYNA模拟方法可以作为复合材料夹层板轻量化结构设计的工具。

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