工藝小孔對(duì)一體化蜂窩板力學(xué)性能的影響及對(duì)策研究.pdf

1、蜂窩板（蜂窩夾層結(jié)構(gòu)）是一種典型的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)，具有抗震、隔音、隔熱等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通、航空、建筑等行業(yè)。近年來，在地震和洪水等自然災(zāi)害的應(yīng)急工程中多有應(yīng)用，包括架設(shè)應(yīng)急橋梁、搶建臨時(shí)用房等方面。
　　本文通過制備完全一體化蜂窩板及其三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，從樣品的破壞形態(tài)、荷載-位移曲線等方面，探討了制備完全一體化蜂窩板時(shí)所留下的工藝小孔的有孔面朝向?qū)ζ鋸澢W(xué)性能的影響情況。再利用有限元模擬分析手法，考察了工藝小孔直徑對(duì)蜂窩板整

2、體抗彎性能的影響程度及一體化蜂窩板結(jié)構(gòu)對(duì)其彎曲性能的綜合影響。最后通過實(shí)驗(yàn)和有限元分析方法探討了仿生一體化蜂窩板的壓縮破壞形態(tài)和力學(xué)性能。結(jié)果表明:
　　(1)有孔面朝向?qū)澢阅芷鹬鴽Q定性作用:不論小孔的朝向如何，破壞均發(fā)生在下面板;有孔面朝上時(shí)能充分發(fā)揮材料本身的強(qiáng)度。究其原因，在于玄武巖纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低，而在彎曲過程中上、下面板分別處于受壓和受拉的應(yīng)力狀態(tài)以及工藝小孔在壓應(yīng)力狀態(tài)下比拉應(yīng)力時(shí)更

3、不容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。
　　(2)工藝小孔在拉應(yīng)力狀態(tài)下對(duì)蜂窩板的抗彎性能的影響很大，特別是樣品本身存在初始缺陷時(shí)這種影響更加明顯;當(dāng)需要在受拉板材或構(gòu)件上開孔時(shí)，提出了將小孔設(shè)計(jì)成橢圓形的設(shè)計(jì)手法，從而達(dá)到大幅緩解孔邊應(yīng)力集中的效果，這一現(xiàn)象為一體化蜂窩板承受動(dòng)荷載或疲勞荷載實(shí)驗(yàn)提供了設(shè)計(jì)思路;首次通過有限元法印證了仿生一體化蜂窩板彎益破壞的形態(tài)，并探明了有小柱的仿生一體化蜂窩板中的小柱可以有效阻止裂縫形成并使其沿著特定路徑發(fā)展的

4、機(jī)理。這為實(shí)際工程中開發(fā)仿生蜂窩板及類似構(gòu)件的小孔設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　(3)一體化蜂窩板的壓縮破壞發(fā)生在芯層和邊框;其破壞形態(tài)可分為錯(cuò)位型和壓實(shí)型兩類，主要是由于芯層與面板交界處的應(yīng)力集中和短纖維分布的無序性。盡管本次實(shí)驗(yàn)所仿制的一體化蜂窩板還不夠完善，但其質(zhì)量比抗壓強(qiáng)度已經(jīng)優(yōu)于同類仿生樣品，由此表明生物結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的整體性力學(xué)性能。根據(jù)甲蟲前翅中小柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)提出了蜂窩壁與面板之間過渡圓弧直徑的參數(shù)范圍。為完善仿生一體化蜂