平纹编织面板蜂窝夹芯结构平拉性能研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20221128.003

复合材料科学与工程 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (11): 20-27.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20221128.003

平纹编织面板蜂窝夹芯结构平拉性能研究

孙毅刚¹, 马瑞云¹, 王轩^1*, 程吉¹, 周春苹²

1.中国民航大学航空工程学院,天津300300;
2.航空工业济南特种结构研究所高性能电磁窗航空科技重点实验室,济南250023

收稿日期:2021-10-22 出版日期:2022-11-28 发布日期:2022-12-30
通讯作者: 王轩(1982-),男,博士,副教授,主要从事复合材料结构服役行为与维修方面的研究,xuwangaero@163.com。
作者简介:孙毅刚(1963-),男,博士,教授,主要从事飞行数据在航空器性能监控与维修方面的研究。
基金资助:
航空科学基金(ASFC-201918067011);天津市科技计划项目(20YDTPJC00380)

Study on the flatwise tensile properties of honeycomb sandwich structure with plain weave faceplate

SUN Yi-gang¹, MA Rui-yun¹, WANG Xuan^1*, CHENG Ji¹, ZHOU Chun-ping²

1. College of Aeronautical Engineering, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China;
2. Aviation Key Lab of Science and Technology on High Performance Electromagnetic Windows, Research Institute for Special Structure of Aeronautical Composite, AVIC, Jinan 250023, China

Received:2021-10-22 Online:2022-11-28 Published:2022-12-30

摘要/Abstract

摘要： 为了研究平纹编织面板蜂窝夹芯结构的平拉性能,利用有限元分析软件ABAQUS建立基于渐进损伤失效分析方法的夹芯结构细节模型,选用内聚力模型模拟面板与芯子间的胶层,运用FORTRAN语言编写描述失效和退化准则的USDFLD子程序,对夹芯结构的平拉性能进行预测。结果表明:预测得到的平拉强度和破坏模式与试验结果一致,验证了所建模型正确;面板各层间和面芯之间胶层没有出现损伤;蜂窝芯以蜂窝壁纵向破坏为主,蜂窝芯中部首先出现损伤,随后损伤向两侧扩展,最终整个蜂窝芯中部裂开导致结构失效;面板各层间和面芯之间胶层的剥离强度要高于蜂窝芯厚度方向上的拉伸强度;整个夹芯结构的变形以蜂窝芯厚度方向上的变形为主。

关键词: 蜂窝夹芯结构, 平纹编织, 渐进损伤分析, 平拉性能, 破坏模式

Abstract: To investigate the flatwise tensile strength of the plain weave panels honeycomb sandwich structure, ABAQUS was used to create a detailed model of the sandwich structure based on the progressive damage failure analysis methodology. The cohesion model was selected to simulate the adhesive layer between the faceplate and the honeycomb core. FORTRAN language was applied to write USDFLD subroutines describing failure and degradation criteria, which predict the flatwise tensile properties of the sandwich structure. The results show that the predicted flatwise tensile strength and failure mode are consistent with the test results, checking whether the model is correct. There is no damage between the layers of the faceplate and the adhesive layer between the faceplate-core. The honeycomb damage is mainly caused by longitudinal damage to the honeycomb wall. Damage occurs first in the middle of the core wall, then the damage spreads to both sides. Finally, the middle part of the whole honeycomb core cracks and the structure fails. The peel strengths of the layers of the faceplate and the adhesive layer between the faceplate-core are higher than the tensile strength in the longitudinal direction of the core. The deformation of the entire sandwich structure is dominated by the deformation in the longitudinal direction of the core.

Key words: honeycomb sandwich structure, plain weave, progressive damage analysis, flatwise tensile properties, failure mode

中图分类号:

TB332

孙毅刚, 马瑞云, 王轩, 程吉, 周春苹. 平纹编织面板蜂窝夹芯结构平拉性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(11): 20-27.

SUN Yi-gang, MA Rui-yun, WANG Xuan, CHENG Ji, ZHOU Chun-ping. Study on the flatwise tensile properties of honeycomb sandwich structure with plain weave faceplate[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2022, 0(11): 20-27.

参考文献

[1] JOHNSON W S, MASTERS J E, O'BRIEN T K, et al. Modeling damage in a plain weave fabric-reinforced composite material[J]. Journal of Composites Technology and Research, 1993, 15(2): 136-142.
[2] 杜善义. 先进复合材料与航空航天[J]. 复合材料学报, 2007, 24(1): 1-12.
[3] ZABIHPOOR M, ADIBNAZARI S, MOSLEMIAN R, et al. Mechanisms of fatigue damage in foam core sandwich composites with unsymmetrical carbon/glass face sheets[J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2007, 26(17): 1831-1842.
[4] 徐革玲, 计宏伟, 曹健, 等. 蜂窝纸板平拉强度实验研究[J]. 包装工程, 2006, 27(6): 96-97, 123.
[5] 顾永华, 翁雷, 王紫, 等. A型玻璃钢泡沫夹层结构芯子厚度及表面孔隙率对其滚筒剥离及平拉性能的影响[C]//中国硅酸盐学会玻璃钢分会. 第二十届全国玻璃钢/复合材料学术交流会暨中国玻璃钢/复合材料学科建设、学术发展40年回顾与展望活动论文集. 武汉: 中国硅酸盐学会, 2014: 26-28, 32.
[6] 陈海立, 周倩, 胡唐, 等. 基于渐进损伤模型的U-cor增强泡沫夹层结构平拉性能仿真[J]. 材料科学与工程学报, 2016, 34(3): 491-496.
[7] 李勇, 肖军, 原永虎, 等. X-cor夹层结构的平拉性能[J]. 宇航材料工艺, 2010, 40(1): 86-89.
[8] 高鼎涵, 周光明. 穿孔泡沫夹层复合材料平拉强度研究[J]. 江苏航空, 2011(S1): 84-86.
[9] 郑莹莹. K-cor增强泡沫夹层结构制备与力学性能研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2013.
[10] 朱基炜. 穿孔泡沫夹层复合材料力学性能研究及应用[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2018.
[11] CHEN M D, ZHOU G M, WANG J J. On mechanical behavior of looped fabric reinforced foam sandwich[J]. Composite Structures, 2014, 118: 159-169.
[12] ILINZEER S, RUPP P, WEIDENMANN K A. Influence of corrosion on the mechanical properties of hybrid sandwich structures with CFRP face sheets and aluminum foam core[J]. Composite Structures, 2018, 202: 142-150.
[13] 王浩宇, 李博, 文友谊, 等. 共固化开孔芳纶蜂窝夹层的结构力学性能及失效模式的研究[J]. 塑料工业, 2020, 48(12): 115-119.
[14] 谢佳卉, 杨胜春, 宋贵宾. 湿热环境对蜂窝夹层结构力学性能影响研究[C]//中国航空学会、中国宇航学会、中国力学学会、中国复合材料学会. 第二十一届全国复合材料学术会议(NCCM-21)论文集. 呼和浩特: 中国航空学会, 2020: 474-478.
[15] 季东灿, 周光明, 崔为运, 等. 新型起圈织物增强蜂窝夹层板力学性能研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019(2): 79-82.
[16] WIDAGDO D, KUSWOYO A, NURPRATAMA T O, et al. Experimental flatwise tensile strength dataset of carbon fibre reinforced plastic sandwich panels with different core material preparations[J]. Data in Brief, 2020, 28: 105055.
[17] RAJKUMAR S. Influence of temperature on flat-wise tensile strength of Al3003 honeycomb sandwich panels[J]. Materials Today: Proceedings, 2021, 37: 1938-1942.
[18] 邹国发, 龙国荣, 万建平, 等. 树脂基复合材料蜂窝夹层结构修补技术研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2005(6): 43-45, 35.
[19] 霍海涛, 莫松, 孙宏杰, 等. 蜂窝夹层结构粘接用聚酰亚胺胶膜的研究[J]. 宇航材料工艺, 2011, 41(1): 51-53.
[20] 杨羽飞, 翟全胜, 孙玺, 等. 蜂窝预成型法制造蜂窝夹层结构件[J]. 高科技纤维与应用, 2011, 36(3): 27-30, 33.
[21] 陈蔚, 成理, 叶宏军, 等. Nomex蜂窝夹层复合材料的成型工艺研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2017(7): 70-73.
[22] 杨莹. 含孔织物复合材料的强度预测与优化方法研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2009.
[23] 余芬, 程吉, 王轩, 等. 脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2021(1): 5-12, 46.
[24] HASHIN Z. Failure criteria for unidirectional fiber composites[J]. Journal of Applied Mechanics, 1980, 47(2): 329-335.
[25] LIU W S, HE Z P, YU F, et al. A progressive damage model introducing temperature field for bolted composite joint with preload[J]. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 2019, 27(6): 065011.
[26] 王轩, 刘武帅, 余芬, 等. 穿孔对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩性能的影响[J]. 中国机械工程, 2019, 30(17): 2076-2083.
[27] 刘遂, 关志东, 郭霞, 等. 复合材料蜂窝夹芯板挖补修理后的侧压性能[J]. 科技导报, 2013, 31(7): 28-32.
[28] ABAQUS (2014) Analysis User's Manual, Version 6.14. Dassault SystemesSimulia, Inc[Z].
[29] 乔玉, 周光明, 刘伟先, 等. 复合材料阶梯形胶接接头渐进损伤分析[J]. 南京航空航天大学学报, 2014, 46(4): 632-637.
[30] Standard test method for flatwise tensile strength of sandwich constructions: ASTM C297/C297M.04[S]. American: American Society for Testing and Materials, 2004.

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[1]	李洪年, 石强斌, 王轩, 邹润文, 张峰. 复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击后压缩强度的可靠性与灵敏度分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(2): 5-12.
[2]	王轩, 王威, 余芬, 邹润文, 王魁奎. 挖补修理蜂窝夹芯结构侧压强度的可靠性及灵敏度分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(1): 5-12.
[3]	贺利乐, 李书宝, 郑建校, 邵献忠. 考虑剪切非线性的复合材料层合板渐进损伤数值模拟[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(1): 45-53.
[4]	牟浩蕾, 李仪, 宋东方, 解江, 冯振宇. 芳纶平纹编织复合材料平板弹道冲击特性及损伤分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(1): 89-97.
[5]	王一超, 李鹏, 周菊萍. 跨厚比对碳纤维复合材料三点弯曲性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(3): 83-88.
[6]	周菊萍, 李鹏, 王一超. 单向混杂碳纤维增强复合材料在三点弯曲载荷下的力学性能[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(3): 112-119.
[7]	靳高明, 孙康才, 刘生纬, 白晟渝. FRP筋再生混凝土梁受弯性能试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(10): 52-59.
[8]	薛晗, 余音. 丢层结构复合材料加筋板压缩失效机理研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(5): 78-84.
[9]	田静, 邹润文, 王轩, 张峰. 平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压强度的可靠性与灵敏度分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(12): 17-23.
[10]	余芬, 郭拓, 何振鹏, 但敏. 复合材料蜂窝夹芯修补结构弯曲特性与温度相关性研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(4): 41-49.
[11]	张铁纯, 张世秋, 王轩, 周春苹, 王付胜. 平纹编织面板泡沫夹芯结构修补后侧向压缩性能[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(3): 51-59.
[12]	王鑫, 张骞, 费阳, 祖磊, 金书明, 许辉. 基于干法缠绕的固体火箭发动机壳体补强工艺研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(11): 31-38.
[13]	余芬, 程吉, 王轩, 周春苹, 丁常方. 脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(1): 5-12.
[14]	张继敏, 周晖, 刘奎. 航空复合材料多层蜂窝夹芯结构的空气耦合式超声检测技术研究[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(9): 74-78.
[15]	贾子璇, 林松, 贾晓龙, 杨小平. 基于渐进损伤数值模拟的复合材料气瓶爆破压强优化[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(8): 25-31.