纸木蜂窝板面外静态压缩有限元仿真分析

目的探究纸木蜂窝板的压溃模式和单个蜂窝单元的变形失效模式,为纸木蜂窝板内部失效机制提供一定的理论基础。方法通过有限元仿真模拟,分析面外静态压缩得到变形云图、应力–应变云图和应力–应变曲线。结果纸木蜂窝板的受压过程分为4个阶段,应力集中分布在蜂窝芯层,最外侧的蜂窝最早出现变形且变形较大,随后中间区域的蜂窝逐步变形增大。蜂窝芯层在受压时存在至多1个应力峰,蜂窝壁弯曲折叠了1~2次,产生了1~2个塑性铰,并在此过程中吸收能量。结论纸木蜂窝板的压溃失效趋势为由外侧蜂窝向内部蜂窝,由单层壁向双层壁,由最弱的压溃点向其余位置。

开孔纸蜂窝芯层的面外静态压缩特性

针对双层侧壁开孔的纸蜂窝芯层的面外静态压缩特性,通过试验分析无孔和开孔纸蜂窝芯层在面外压缩量为85%时的压缩变形过程,研究相对湿度和圆孔直径对其强度性能的影响。基于蜂窝结构的对称性,利用两种基本单元模型,将面外受载的蜂窝胞壁视为无孔和开孔简支弹性薄板,推导出弹性屈曲临界应力和塑性屈曲平台应力的预测公式,结果表明理论计算与试验结果具有良好的一致性。结合纸基材的正交各向异性和纸蜂窝芯层的面外压缩特性,建立无孔、开孔纸蜂窝的有限元模型,仿真模拟蜂窝胞壁在弹性和塑性屈曲阶段的弯折变形演化过程,与静态压缩试验中所观察到的变形过程是一致的。