缝纫泡沫夹层结构弯曲性能研究

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1、缝纫泡沫夹层结构弯曲性能研究第24卷第4期Vo1.24No.4材料科学与工程JournalofMaterialsScience&Engineering总第102期Aug.2006文章编号:1673-2s12{2oo6)04?0535-04缝纫泡沫夹层结构弯曲性能研究黄涛.矫桂琼.潘文革(西北工业大学工程力学系,陕西西安710072)【摘要】本文刈缝纫泡沫夹层复合材料进行了理论分析和三点弯曲实验研究.讨论了缝纫夹芯剪切模量的计算方法和计算公式.实验表明缝纫提高了泡沫夹层板三点弯曲破坏载荷.针对实验结果研究了材料性能和试件几何的关系,给出

2、了缝纫泡沫夹层板破坏模式的判别公式并基于经典夹层梁理论建立了初始破坏载荷预估方法,预估值和实验值符合较好.【关键词】复合材料;缝纫泡沫芯材;破坏模式;初始破坏载荷中图分类号:TB332文献标识码:AStudyonFlexuralBehaviorofStitchedFoam-CoreSandwichHUANGTao,JIAOGIli-qiong,PANWen?ge(SchoolofMechanicsandCivilConstruction,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an710072,China

3、)【Abstract】Experimentalandanalyticalstudiesonanovelstitchedfoamcoresandwichcompositeunderthreepointbendingwerepresentinthispaper.Acalculatingmethodwasdiscussedtoobtainshearmodulusofstitchedfoamcore.Itisfoundthatthemaximalbendingfailureloadoffoameoresandwichwasenhancedbystit

4、ching.AcriterionbasedonsandwichpropertyandspecimensizeWasusedtodistinguishdifferentfailuremode.ApredictorformulaWasderivedtoobtaintheinitialfailureloadofstitchedfoamcoresandwichanderthreepointbending.andgoodagreementw鹊foundbetweenpredictionandexperimentalresults.【Keywords】c

5、omposite;stitchedfoamcore;failuremode;initialfailureload1引言2001年美国Utah大学的LarryE.Stanley等人在NASA的支持下…,提出了缝纫泡沫夹层复合材料的新概念.用Kevlar线将碳纤维复合材料面板和闭孔硬质泡沫芯材缝在一起,采用真空辅助树脂转移模压工艺将低温固化树脂注入并固化,制成夹层结构.该材料具有重量轻,强度刚度高,抗冲击性能好,抗进水性能好,制造成本低等优点,是飞机结构中对刚度要求较高的操纵面,机翼和机身蒙皮结构用较理想的材料.从I删E.Stanley等人公布的

6、实验数据看,与未缝纫的泡沫夹层复合材料相比,缝纫泡沫夹层复合材料的强度和刚度都有很大变化.缝纫对提高泡沫夹层复合材料的强度和刚度效果是十分明显的.另外缝纫泡沫夹层复合材料具有可设计性,可以通过改变缝纫参数,缝线性能以及芯材性能对缝纫泡沫夹层复合材料芯材进行设计.缝纫对复合材料层压板的刚度强度影响,国内外研究报道较多;但对于缝纫泡沫芯材的研究国外于本世纪初开始],国内才刚起步,未见相关研究报道.本文首先讨论了缝纫泡沫夹层复合材料芯材的剪切模量计算方法,利用此方法并结合实验观察预报了三点弯曲载荷下缝纫泡沫夹层板的初始破坏载荷,预报结果与实验结果符

7、合较好.同时讨论了缝纫泡沫夹层板弯曲破坏模式和缝纫对泡沫夹层板性能的影响.2缝纫泡沫芯材剪切模量预估方法本研究缝纫泡沫芯材采用垂直缝纫方式(图1a).在缝纫泡沫夹层复合材料宏观结构中缝线规则分布,具有相同的针矩和行距,可认为缝纫芯材由一系列单胞在空间排列组成,单胞由泡沫芯材基体及浸树脂缝线束组成(如图1b).浸树脂缝线束近似呈圆柱状,可看作是泡沫芯材中的圆柱状夹杂,因此可用Mori.Tanaka方法计算缝纫泡沫芯材的等效剪切模量.Mori.Tanaka方法是基于Eshelby等效夹杂原理"剖的求解非匀质复合材料等效弹性模量的有效方法,因其模量

8、预报公式简捷易用,工程应用广泛.按Mori.Tanaka的推导,复合材料等效弹性常数张量为:收稿日期:2005.09.20;修订月期:2005-II-23基盒项目: