X-cor夹层结构压缩模量有限元分析

通过两种有限元模型的对比,提出了符合实际的X-cor夹层结构压缩模量有限元计算模型,利用大型有限元软件ANSYS对其压缩模量进行了数值计算,得到了X-cor夹层结构的应力场和压缩模量。研究了Z-pin半径、密度、植入角度和体积分数的改变对模型压缩模量的影响。结果表明:X-cor夹层结构压缩模量随Z-pin植入角度增加而减小,随Z-pin半径、密度和体积分数增加而增加,且与Z-pin体积分数呈线性关系,改变Z-pin半径与改变Z-pin密度对X-cor夹层结构压缩模量影响是等效的。通过有限元模型的计算,得到了X-cor夹层结构参数对其压缩模量的影响规律,验证了所提有限元模型的合理性。

X-cor夹层结构低速冲击实验和数值模拟研究

X-cor泡沫夹层结构是一种通过Z-pin技术增强泡沫夹芯的新型高性能夹层结构。在低速冲击下,X-cor夹层结构损伤失效机制复杂,通过在不同能量阶段对X-cor夹层结构失效行为进行分析,讨论Z-pin植入体积分数和泡沫芯材密度对失效行为的影响。低速冲击试样规格为Z-pin直径0.5 mm、植入角度为22°,分别改变泡沫类型和Zpin植入体积分数进行实验,结果表明:6 J冲击能量下,冲击能量主要由面板分层承担,相对于未植入Z-pin试样,随着Z-pin植入体积分数的升高,面板分层面积最多减少了45.1%,而泡沫密度对分层面积影响不大;12 J冲击能量下,部分Z-pin发生失效,通过剩余压缩强度比发现,随着Z-pin植入体积分数的增加,剩余压缩强度比先增大后减小,植入体积分数为0.42%时最高,而此时泡沫密度增加,剩余压缩强度比也随之增加;当能量到达18 J时,芯材开始出现剪切裂纹,同时吸收大部分能量,较弱的芯材剩余压缩强度比大,而Z-pin植入体积分数越大,剩余压缩强度比反而越小。采用数值模拟的方法建立低速冲击模型,并将冲击后的结果直接传递应用于剩余压缩强度模型中,得到的结果比实验值偏高25%~29%。

X-Cor夹层结构的平压性能

通过力学分析得到X-Cor夹层结构平压模量的解析式和计及泡沫对z-pin横向支撑的平压强度预测公式。分析X-Cor夹层结构平压模量的理论值与试验值误差,提出了结构屈曲和z-pin的长度差异引起的刚度折减的修正模型,修正后的夹层结构平压模量的理论值与试验值吻合。理论公式为X-Cor夹层结构的设计提供依据,进而为X-Cor夹层结构新材料在工程领域的应用奠定了基础。

X-cor夹层结构复合材料力学性能实验研究进展

作为一种新型复合材料夹层结构,X-cor夹层结构具有高刚性、抗冲击、损伤容限大等优点,可以取代传统蜂窝夹层结构作为航空航天器主承力结构材料。X-cor夹层结构的突出优点是具有可设计性,通过改变面板、芯材和增强物的几何物理参数,可以获得需要的力学性能。本文综述了国内外X-cor夹层结构力学性能的实验研究进展,讨论了静态载荷和动态载荷下X-cor夹层结构的力学性能、损伤机理和失效模式,提出了X-cor夹层结构尚需深入研究的各类问题。

X-cor夹层结构的力学性能试验研究

X-cor夹层结构比强度高,比刚度大,有望取代传统蜂窝夹层结构作为航空航天器的主承力结构材料。采用真空固化成型工艺,通过改变Z-pin的植入参数制备了X-cor夹层结构,研究了Z-pin植入角度、植入间距和直径对其平压、剪切和拉伸性能的影响。研究结果表明,Z-pin的植入参数对X-cor夹层结构的力学性能影响显著。随Z-pin植入角度的增加X-cor夹层结构的平压性能降低,剪切性能增强,拉伸模量减小,拉伸强度先增加后减小。随Z-pin植入间距和直径增加,X-cor夹层结构力学性能均增加。与泡沫夹层结构相比,X-cor夹层结构压缩、剪切和拉伸模量的测试值分别提高了1.26～5.15倍、2.50～13.56倍和1.90～2.71倍,压缩、剪切和拉伸测试值分别提高了1.63～9.20倍、1.28～2.03倍和1.01～2.30倍。

X-Cor夹层结构的平压性能试验

通过对不同的z-pin角度、面板厚度、去除泡沫处理的X-Cor夹层结构试样进行平压性能试验和分析比较,得到其破坏模式及不同设计参数对性能的影响。试验结果表明:X-Cor夹层结构中z-pin和泡沫存在协同增强效应;增大z-pin端部约束和减少z-pin的植入角度能提高平压性能;但z-pin角度为0°的夹层结构平压性能对植入角的角偏差缺陷更敏感,缺陷的存在影响承力性能。

X-cor夹层结构拉伸模量有限元分析

通过分析X-cor夹层结构中Z-pin端部的细观结构,提出Z-pin端部树脂区椭圆形态的基本假设并建立X-cor夹层结构拉伸模量的有限元模型,利用大型有限元软件ANSYS对其拉伸模量进行了数值计算。研究了Z-pin植入角度、直径和密度的改变对X-cor夹层结构拉伸模量的影响。结果表明:X-cor夹层结构的拉伸模量随Z-pin植入角度增加而减小,随Z-pin直径和密度增加而增加。通过有限元模型的计算,得到了X-cor夹层结构参数对其拉伸模量的影响规律,数值计算结果误差范围是±10%,验证了所提的有限元模型的合理性,说明该模型可用于预测其拉伸模量。

X-cor夹层结构的剪切模量实验与分析

通过力学分析得到考虑Z-Pin拉压受力情况的X-cor夹层结构剪切模量的解析式,并通过剪切刚度实验值和理论值的对比分析,得到考虑刚度折减系数M的修正理论公式。结果表明:加载过程中,Z-Pin从面板拔出是剪切刚度折减的原因。通过缩小Z-Pin长度的差异及提高Z-Pin从面板拉脱力的大小增大剪切刚度折减系数M,进而提高夹层结构的剪切刚度。

X-cor夹层结构试制与性能研究

以航空应用为背景 ,研究了新型X -cor夹层结构的成形工艺及力学性能。完成了Z - pin的研制、夹层结构成形和力学性能试验。研究结果表明 :与不含Z - pin的泡沫夹层结构相比 ,X

X-cor夹层结构剪切强度的有限元分析

利用有限元软件分析了X-cor夹层结构的剪切强度及失效机理,提出了失效判据和材料刚度退化规则,明确了X-cor夹层结构的失效过程和模式;根据失效判据,采用有限元模型中发生刚度退化的单元及其分布模拟失效类型及扩展路径,说明了X-cor夹层结构的剪切失效机理。结果表明:在剪切载荷下,树脂区首先失效,然后是Z-pin拔出面板、Z-pin被剪断及Z-pin屈曲多重失效模式并存;有限元分析结果与试验数值吻合较好,说明了失效判据和刚度退化规则选择的有效性。

X-cor夹层结构压缩模量有限元计算分析

通过分析X-cor夹层结构中Z-pin端部细观结构的显微镜照片,提出Z-pin端部树脂区椭圆形态的基本假设并建立X-cor夹层结构压缩模量的有限元模型,利用大型有限元软件ANSYS对其压缩模量进行数值计算,研究了Z-pin植入角度、直径和密度对X-cor夹层结构压缩模量的影响。结果表明,X-cor夹层结构的压缩模量随Z-pin植入角度的增加而减小,随Z-pin直径和密度的增加而增加。通过有限元计算,获得X-cor夹层结构参数对其压缩模量的影响规律,数值计算结果误差范围为±10%,验证所建立有限元模型的合理性,说明该模型可用于预测其压缩模量。

X-cor夹层结构的有限元模型

结合有限元模型中对Z-pin的处理方式,提出整体式、组合式以及分离式3种计算模型,分析其适用性及优缺点。在桥联力实验和Z-pin从泡沫拔脱实验研究的基础上,提出分离式有限元模型,引入双弹簧联结单元来揭示Zpin和泡沫及面板之间相互作用的细观机理;其中平行于Z-pin单元接触面的弹簧(刚度)用来模拟计算界面相对滑移和粘接应力,垂直于单元接触面的弹簧(刚度),用于定义层压板、泡沫与Z-pin法向的接触,实现了X-cor夹层结构力学行为和界面失效的有限元仿真计算。

X-cor夹层结构压缩强度模型改进与实验验证

详细阐述了X-cor夹层结构固化工艺过程中残余应力的产生过程,分析结果为碳纤维Z-pin受残余拉应力.考虑工艺过程残余应力的影响,将Z-pin视为弹性基础上梁,提出一种X-cor夹层结构压缩强度改进计算模型,并计算其压缩强度.制作了不同Z-pin密度、直径和角度的X-cor夹层结构实验件用于压缩强度实验.实验值和模型计算值的对比验证了该压缩强度计算模型的正确性.工艺过程中Z-pin所受残余拉应力随Z-pin直径、植入密度增加而增加,随Z-pin植入角度增加而减小.

X-cor夹层结构的剪切性能

通过X-cor夹层结构与相同材料同尺寸的未增强件和去除泡沫的Z-pin夹层结构进行剪切性能试验对比,考察Z-pin对泡沫夹层结构的增强效果.通过剪切刚度和剪切强度试验值和理论值的对比分析研究,得到了修正后的夹层结构剪切刚度和剪切强度理论计算公式.研究结果表明:夹层结构的剪切性能与剪切刚度折减系数M、表征加载过程中Z-pin开始从面板拔出的时间系数T有关,而系数M,T决定于工艺水平.

X-Cor夹层结构的平压模量试验与分析

通过分析X-Cor夹层结构平压模量预测公式的理论计算结果与试验值误差,提出了结构屈曲和Z-pin的长度差异引起的刚度折减的修正模型,并且详细分析X-Cor夹层结构刚度折减的机理;修正后的夹层结构平压模量的理论值与试验值吻合.新的预测公式为X-Cor夹层结构的设计提供依据,进而为X-Cor夹层结构新材料在工程领域的应用奠定了基础.

X-cor夹层结构剪切模量有限元分析

通过显微镜观察X-cor夹层结构中的Z-pin端部树脂区,提出树脂区椭圆形态的基本假设并给出描述树脂区细观结构的参数方程,建立了一个集结构设计与几何分析为一体的X-cor夹层结构几何分析模型.根据几何分析模型,利用大型有限元软件ANSYS建立X-cor夹层结构剪切模量的有限元模型并计算了剪切模量,研究了Z-pin植入角度、直径和密度的改变对X-cor夹层结构剪切模量的影响.分析结果表明:剪切模量随Z-pin植入角度增加而增加,而且随Z-pin直径和密度增加而增加.通过有限元模型计算,得到了Z-pin结构参数对X-cor夹层结构剪切模量的影响规律,数值计算结果误差范围是±10%,验证了所提有限元模型的合理性,这说明该模型可用于预测其剪切模量.

工艺参数对X-cor泡沫夹层结构剪切刚度的影响分析

研究植入工艺参数和材料性能对X-cor夹层结构剪切刚度的影响。通过对pin端部所受约束的细节分析,得到端部约束的三个等效弹簧系数表达式,用于X-cor夹层结构剪切刚度模型计算,并考察pin植入角度、端部斜切角、植入端深度、直径、材料性能和泡沫材料性能等参数对剪切刚度的影响规律。计算结果与试验结果吻合较好,该方法可用于预测X-cor夹层结构剪切刚度。参数分析结果表明,通过增大pin植入角度、pin轴向刚度以及pin直径可显著提高X-cor夹层结构的剪切刚度;pin端部斜切角和植入端深度是次要影响因素;另外,当选用的泡沫材料较刚硬时,不能忽略泡沫材料对结构剪切刚度的贡献。

X-cor夹层复合材料平压性能分析

X-cor夹层复合材料是一种采用X形Z-pin增强的新型泡沫夹层结构,在航空航天领域有着广阔的应用前景。本文对其平压模量和强度进行了理论预测和实验验证。通过分析其三维单胞力学模型,得到了X-cor夹层复合材料等效平压模量的解析式。采用Winkler弹性地基梁理论解释了泡沫芯材与Z-pin的协同增强效应,并导出了X-cor平压强度的预测公式。以碳纤维/环氧树脂制备的Z-pin分别植入PU,PMI泡沫制得X-cor夹层复合材料,通过力学实验考察了Z-pin参数以及泡沫性能等对X-cor夹层结构平压性能的影响,对理论分析进行了验证。结果证明增大Z-pin的植入角度、体积分数、直径、端部约束或采用高性能泡沫芯材均能提高X-cor平压性能,但增大长度,Z-pin容易失稳,平压强度降低。