芯体缺失对钛合金蜂窝夹层结构强度的影响及规律研究

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1、芯体缺失对钛合金蜂窝夹层结构强度的影响及规律研究InnuenceFromHoneycombCoreDeletiononTi-AUoyHoneycombSand稍chConstruction中航工业北京航空制造工程研究所静永娟岳喜山李智渊西北工业大学谢棕蕻【摘要】针对钛合金蜂窝壁板结构在研制中出现的典型缺陷即芯体缺失，研究芯体缺失比例对试件拉脱强度、剪切模量和剪切强度、平面压缩和侧面压缩强度的影响及规律。随着芯体缺失比例增加，试件剩余强度逐渐减小；相比拉脱强度和剪切强度，芯体缺失缺陷对试件压缩强度的影响程度较

2、大。相比无缺陷试件，归因于应力集中对材料的强化作用，缺陷试件强度先相对增加而后降低，即当芯体缺失比例由10％、15％、20％、30％至50％依次增大时，试件剩余拉脱强度分别为原始强度的lll％、80％、60％、51％和58％。当芯体缺失比例在4％～7％时，试件剩余剪切强度为原始剪切强度的99．6％。当芯体缺失比例为10％时，试件平压和侧压强度分别下降至原始强度的71％和87％。研究结果为试件损伤容限的设计积累基础数据和提供参考。关键词：钛合金蜂窝夹层结构缺陷【ABSTRACT】Therelationship

3、betweenthepr叩or-tionofmehonevcombcoredeletionflawandthemechani．calpropertiesisresearchedfortheTi_alloyhoneycombsandwichconstmctioninthispaper，suchasthetensilestrength，theshearmoduleands打ength，tllecompressionstrengthandsoon．Atthebeginningitkeepstheinitialst

4、ren舀h，锄dtllendecreasesasthenawproportionincreas-ingfbm10％，15％，20％，30％锄d50％．This垴ndofflawdecreasesthecompressionstI．engthmuchmore．Thenatcompressionstrengmandthesidecompressions臼．engthis71％and87％astotheoriginalstrengthreprehensiVely．Onthebaseofthisresult，the

5、damageanowanceofthehoneycombs舳dwichcons协lctioncouldbeconsidered．Keywords：Ti-anOyHOneycombsandwichcon-strucaonDele60n钎焊钛合金蜂窝夹层壁板结构由于具有高比强度、耐温、隔热、消音和耐蚀等优点，在国内外航空、航天领域得到广泛应用，如在飞机机身、机翼、发动机短舱排气喷嘴等部位“卅。目前关于金属蜂窝夹层壁板结构的研究主要集中在制造技术和应用方面综述及材料的钎焊工艺研究方面等【5-91。然而，钎焊构件在

6、制造和装配过程中必然会出现一些缺陷，这对构件的使用性能和装配都带来一定隐患，有必要开展典型缺陷对结构件力学性能的影响研究。芯体缺陷包括芯体失稳变形、芯壁间脱焊、板芯间脱焊和芯体缺失缺陷等，芯体缺失为导致试件破坏最严重的缺陷类型。本文针对钛合金蜂窝壁板结构的典型缺陷即芯体缺失缺陷，研究蜂窝芯体缺失比例对钎焊钛合金蜂窝夹层结构基础力学性能的影响，为构件损伤容限的设计提供参考和积累基础数据。1试验方法试验材料为TC1和TC4钛合金，钎料为Ti一37．5Z卜15Cu—10Ni(重量百分比)非晶箔带，采用优化的工艺参

7、数，使用真空钎焊炉(真空度不低于4×10‘3Pa)钎焊制造蜂窝夹层结构试件嘲。制造芯体缺失，如图1所示。蜂窝芯[『ii板a)蜂窝壁板结构示意图150mm(h)缺陷试件平面示意图图1芯体缺失的试件示意图Fig．1HOneycOmbcOredeIetiOnsample2013年第16期·航窄制造技术143对芯格尺寸为4．8mm，壁厚为0．05mm的钛合金蜂窝夹层结构设置芯体缺失，缺陷均位于试件中心部位，其中芯体缺失比例由0％、10％、15％、20％、30％至50％变化。对含缺陷的试件进行拉脱强度、弯曲强度、剪切

8、强度、平面压缩和侧面压缩强度测试。2试验结果与讨论(1)芯体缺失对试件拉脱强度的影响。对芯体缺失比例变化时的钛合金蜂窝夹层结构试件首先进行拉脱试验，通过曲线拟合实测数据的结果如图2所示。从图2上可以发现，当芯体缺失比例由10％、15％、20％、30％至50％依次增大时，在拉脱载荷下，如采用原始面积作为承载面积，试件剩余强度分别为原始强度的100％、68％、48％、36％和29％。即，当芯体缺失比例为不大于10％时