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木质复合蜂窝夹芯材料性能的研究

【摘要】: 本文利用木质面板与和纸质蜂窝材料复合,该夹芯材料不但保留了原蜂窝材料的优点,而且还大大提高了力学强度。本文在借鉴国内外对金属蜂窝和夹芯结构相关研究成果上,结合纸质蜂窝和木质材料的特点,就木质蜂窝夹芯复合材料的性能,展开一系列的研究。所做主要工作和成果如下: 对不同木质面板和蜂窝夹芯材料的共面变形机制、共面力学性能以及侧压破坏模式进行了分析。研究表明:其共面变形机制可分为三种类型,每种变形机制与面板有很大关联;夹芯材料较原蜂窝纸板的力学性能大大增强,并推导出了共面拉压当量弹性模量公式;不同结构的夹芯材料侧压破坏模式可以分为五大类型:整体失稳、剪切皱损、界面脱胶、面板破裂和面板屈曲,并从力学理论分析角度给以解释。 对不同结构的夹芯材料的异面变形机制、异面力学性能以及平压破坏模式进行了分析。研究表明:不同面板的夹芯材料其异面变形机制基本一致,皆可分为四个阶段:弹性阶段、屈曲阶段、塌陷阶段和密实化阶段,每个阶段的变形机理并不一样;对夹芯结构平压当量弹性模量进行了推导;夹芯材料保持了原蜂窝材料的缓冲特点,其吸收能量阶段主要在塌陷阶段。同时针对纸质蜂窝夹芯材料,提出了平压破坏过程中屈曲铰概念。 对各种夹芯结构的抗弯性能进行了研究,得出胶合板作为面板时力学性能最好,同时根据三点外伸梁和简支梁原理对夹芯结构的抗弯刚度进行了理论分析,给出了木质面板夹芯材料刚度计算的近似公式。夹芯结构三点受力的弯曲下主要有芯体剪切屈曲、芯体剪切破坏、面板屈曲和面板屈服这四种破坏模式,并分别对各种破坏模式原材料本身力学特性和材料力学角度进行了理论分析。 根据夹芯结构蠕变曲线,采用Burgers模型来拟合木质蜂窝夹芯复合材料短期蠕变性能,解析出夹芯结构的流变参数,对各个参数进行了具体的分析;对不同结构的夹芯材料的蠕变速率进行了分析;根据灰色分析,得出这夹芯材料的瞬时弹性模量和延迟弹性模量之间联系较为紧密。 在低周疲劳和蠕变作用下,采用梁柔量作为损伤参量来描述夹芯材料在疲劳和疲劳蠕变两者交互作用下的损伤;该参量在疲劳和蠕变作用下演化规律可分为三个阶段。研究了保载时间与蠕变寿命和疲劳寿命之间的关系,并针对疲劳和蠕变的交互作用,引入了交互作用因子“B”,来反映交互作用的大小。

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