中低速荷載作用下NOMEX蜂窩結(jié)構(gòu)的塑性變形模式研究

中低速荷載作用下NOMEX蜂窩結(jié)構(gòu)的塑性變形模式研究本文主要對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)及其夾芯結(jié)構(gòu)在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮荷載、子彈撞擊荷載和落錘沖擊荷載下的塑性動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的實(shí)驗(yàn)和研究。首先,應(yīng)用準(zhǔn)靜態(tài)壓縮荷載研究了NOMEX蜂窩結(jié)構(gòu)和鋁蜂窩結(jié)構(gòu)在加載過程中的塑性變形模式,從實(shí)驗(yàn)研究和理論分析兩個(gè)方面展開了系統(tǒng)的工作,取得如下成果：實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮荷載下孔徑尺寸為4.76mm的NOMEX蜂窩結(jié)構(gòu)和相同孔徑尺寸的鋁蜂窩結(jié)構(gòu)的塑性變形均為屈曲重疊褶皺變形,而孔徑尺寸為3.18mm的NOMEX蜂窩結(jié)構(gòu)的變形則與上述變形完全不同,其在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮荷載下,在彈性變形階段就因?yàn)檎w失穩(wěn)而破壞,喪失了承載能力。參數(shù)研究(包括蜂窩結(jié)構(gòu)密度、蜂窩基體材料對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)性能的影響)表明,密度的改變會(huì)徹底改變蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及變形模式,孔徑尺寸為3.18mm的NOMEX蜂窩結(jié)構(gòu)并沒有孔洞材料特有的恒應(yīng)力下產(chǎn)生大的塑性變形的受力特性,其荷載-位移曲線只有彈性階段,而孔徑尺寸為4.76mm的NOMEX蜂窩結(jié)構(gòu)的荷載-位移曲線則三階段明顯,特別是平臺(tái)區(qū)明顯；相同孔徑,不同材料的蜂窩結(jié)構(gòu)荷載-位移曲線的線形基本相同,不同之處在于由基體材料不同引起的峰值應(yīng)力以及平臺(tái)應(yīng)力大小,以及平臺(tái)區(qū)線形的穩(wěn)定性有略微的區(qū)別；增加了蒙皮成為蜂窩夾芯結(jié)構(gòu),與單純的蜂窩結(jié)構(gòu)的受力性能相比,峰值應(yīng)力和芯層的屈服應(yīng)力顯著增大,說明蒙皮對(duì)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)承載壓力有重要的作用,顯示出蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)以高強(qiáng)度、高吸能性兼顧了蒙皮與蜂窩芯兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。其次,本文進(jìn)行了子彈撞擊荷載下蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的變形模式和落錘沖擊荷載下蜂窩夾芯板的塑性變形模式的研究。實(shí)驗(yàn)采用子彈撞擊的加載方式,對(duì)NOMEX蜂窩夾芯梁施加大小不同的沖量,使用激光位移傳感器測(cè)量每個(gè)試件后蒙皮的變形位移。發(fā)現(xiàn)：前蒙皮的變形主要表現(xiàn)為子彈作用區(qū)域的壓入變形和整體變形,其失效模式為壓入式失效,芯層的變形分為折疊區(qū)、部分折疊區(qū)和非折疊區(qū),芯層的失效為折疊區(qū)和非折疊區(qū)之間的剪切失效,后蒙皮的變形為整體變形,呈現(xiàn)穹形。參數(shù)研究(包括沖量大小和蒙皮厚度對(duì)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)變形／失效的影響)表明,相同材料參數(shù)的蜂窩夾芯梁試件,后蒙皮的位移隨著沖量的增大而增大；芯層材料和厚度相同,蒙皮厚度不同的蜂窩夾芯梁,隨著蒙皮厚度的增加,其抵抗沖擊的能力增強(qiáng),后蒙皮的位移減小。文中計(jì)算分析了蒙皮與芯層的吸能性,計(jì)算得出在撞擊過程中芯層吸收了50%左右的能量,且沖量越大,芯層吸能率越高,沖擊速度達(dá)到100m/s以上時(shí),芯層吸收的能量占到90%以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)適用于高速?zèng)_擊工況下,并且適當(dāng)增加蒙皮的厚度,有助于提高其抵抗沖擊的能力。通過落錘加載實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)蜂窩夾芯復(fù)合板施加低速?zèng)_擊荷載,研究其塑性變形模式以及落錘能量和落錘壓入試件深度的關(guān)系。在落錘沖擊荷載下,邊界條件為空心、固邊支撐的試件其上蒙皮的變形為壓入變形,其失效模式為纖維斷裂失效,芯層的變形同樣分為折疊區(qū)、部分折疊區(qū)和非折疊區(qū),芯層的失效為折疊區(qū)和非折疊區(qū)之間的剪切失效,后蒙皮的變形為整體變形,呈現(xiàn)穹形。但是對(duì)于邊界條件為剛性、固邊支撐的試件,其前蒙皮的變形同樣為壓入變形,失效同樣為纖維斷裂失效,但其芯層的變形只分為兩部分折疊區(qū)和非折疊區(qū),也就是說對(duì)于芯層來說,變形區(qū)域集中在落錘作用區(qū)域,并且其后蒙皮基本沒有變形。比較蒙皮厚度不同,但邊界條件均為剛性