新型蜂窝复合材料夹芯板力学及声学性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenrg210
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复合材料夹芯结构作为新型承载结构被广泛应用于各种工程中。但随着人类对世界的认知加深,对结构性能要求不仅仅局限于承载受力,面对不同的工作环境,需要兼具不同的特性。蜂窝结构作为多孔结构除了具有良好的力学性能,还具有一定的隔声吸能特性。其中,具有负泊松比特性的手性蜂窝结构在力学承载和多功能设计与应用方面得到了国内外学者的广泛关注。以不同构型蜂窝作为夹芯层,镁合金作为上下面板的复合材料夹芯结构不仅在结构轻量化上有显著优势,同时也兼具力学声学特性。本文针对反手性蜂窝及其夹芯结构的力学及声学特性进行了探究。在确定了典型芯层结构后,验证了复合材料粘结层的界面内聚力模型,并对最终的复合材料夹芯层进行了冲击模拟。本文首先探究了无量纲参数对反手性蜂窝等效力学参数的影响,通过将理论计算、有限元模拟与实验结果的一致性对比,验证了结果的准确性;在此基础上,将反手性蜂窝与传统六边形蜂窝结构及内凹蜂窝结构进行了压缩模拟对比,发现了反手性蜂窝具有更好的吸能特性。接着针对蜂窝结构的模态及隔声量模拟对比,分析了模态频率与隔声特性曲线的关系,以及相关参数对结构声学特性的影响。同时通过DCB和ENF试验得到了夹芯结构界面Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧性参数,最后基于粘结层子程序和实验得到的粘结层参数,对不同构型蜂窝复合材料夹芯板进行了冲击数值模拟。结果表明:(1)反手性蜂窝结构韧带长度与圆柱半径比值越大,其等效弹性模量越小,泊松比越大,同时对应的模态频率越大,刚度越大,隔声量也有显著提高。(2)同传统六边形蜂窝结构与内凹蜂窝结构相比,反手性蜂窝结构具有更好的力学以及吸能特性,在中低频范围内隔声效果更好。(3)基于试验得到的界面层断裂韧性参数用于指数型内聚力模型效果良好,得到的力位移曲线与实验吻合度较高。(4)冲击荷载作用下,四韧带反手性蜂窝结构表现出了更好的抗冲击特性且能在冲击后保持更好的完整性。
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