泡沫铝夹芯结构的疲劳性能试验研究

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1、分类号:TH1210710-2015125029硕士学位论文泡沫铝夹芯结构的疲劳性能试验研究荆传贺导师姓名职称宋绪丁教授申请学位级别工学硕士学科专业名称机械制造及其自动化论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年6月4日学位授予单位长安大学ExperimentalstudyonfatiguepropertiesoffoamaluminumsandwichstructureAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：JingChuanheSupervisor：Prof.SongXudingChang’anUniver

2、sity,Xi’an,China摘要泡沫铝材料具有优良的能量吸收、电磁屏蔽、隔音降噪等性能，广泛应用于航天、建筑、汽车等领域。纯泡沫铝材料强度不高，不适合作为结构构件，但是和致密金属结合组成的泡沫铝夹芯结构具有致密金属和泡沫铝的双重性能，结构和功能一体化，应用范围更大。目前，对泡沫铝夹芯结构的研究主要为准静态力学性能和冲击性能，但在实际应用中，该结构会经受振动和疲劳载荷，而有关对泡沫铝夹芯结构疲劳性能的研究较少，所以探索泡沫铝夹芯结构的疲劳性能十分迫切。本文以试验研究为主，使用高频疲劳试验机研究了泡沫铝夹芯结构的疲劳性能。（1）通过试验对不同组合泡沫铝夹芯结构的准静态力学性

3、能进行了研究，得到不同结构的承载能力，同时研究了面板厚度、芯体密度对钢面板、铝面板泡沫铝夹芯结构峰值载荷的影响，为疲劳寿命试验奠定了基础。试验结果表明，钢面板、铝面板泡沫铝夹芯结构的峰值载荷随着面板厚度、芯体密度的不同有着较大差异；（2）试验研究了铝面板、钢面板泡沫铝夹芯结构在三点弯曲加载条件下的疲劳寿命，分析了面板厚度、芯体密度对泡沫铝夹芯结构的失效模式、疲劳寿命的影响。结果表明：铝面板泡沫铝夹芯结构的疲劳寿命随着芯体密度的增加而增加，但是与面板厚度的关系不明显。与铝面板泡沫铝夹芯结构相比，面板厚度和芯体密度的增加都会致使钢面板泡沫铝夹芯结构疲劳寿命的增加；（3）分析了不

4、同面板厚度和不同芯体密度的铝面板、钢面板泡沫铝夹芯结构在三点弯曲加载条件下的失效模式，结果表明：铝面板泡沫铝夹芯结存在两种失效模式，分别为表面凹陷和芯体剪切，只有较薄铝面板会出现表面凹陷失效。而钢面板泡沫铝夹芯结构仅仅出现了芯体剪切失效；（4）在不同应力水平下对钢面板泡沫铝夹芯结构进行三点弯曲疲劳试验，采用单点法建立了S-N曲线，分析了不同应力水平对该结构的影响。基于极大似然法建立泡沫铝夹芯结构的p-S-N曲线，分析不同可靠度下面板厚度和芯体密度对疲劳寿命的影响。关键词：泡沫铝夹芯结构；三点弯曲试验；疲劳寿命；p-S-N曲线；失效模式iiiAbstractAluminumf

5、oamhasmanyadvantages,suchasenergyabsorption,electromagneticshielding,soundinsulationandnoisereduction.Itiswidelyusedinaerospace,construction,automotiveandotherfields.Purealuminumfoamisnotofhighstrengthandisnotsuitabletobeusedasstructuralcomponent.Butthestructureoffoamaluminumsandwichcompos

6、edofcompactmetalhasdualpropertiesofdensemetalandfoamaluminum,thestructureandfunctionareintegrated,andtheapplicatiponscopeisgreater.Atpresent,theresearchonthestructureofaluminumfoamcoreismainlyquasistaticmechanicalpropertiesandimpactproperties,butinpracticalapplication,thestructurewillunder

7、gofatigueload,butthefatiguelifeoffoamaluminumsandwichstructureisseldomstudied,soitisveryurgenttoexplorethefatiguelifeoffoamaluminumsandwichstructure.Inthisdissertation,fatiguelifeofsandwichstructurewithfoamaluminumisstudiedbasedonexperimentalresearchandhigh-fr