針對(duì)復(fù)合材料夾芯板結(jié)構(gòu)非平面內(nèi)連接要求,提出一種夾芯復(fù)合材料T型接頭結(jié)構(gòu)形式及其真空輔助成型制備方法。針對(duì)T型接頭彎曲試件和剪切試件,分別開展三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和剪切試驗(yàn),分析該型接頭制備丁藝穩(wěn)定性、極限承載能力和破壞模式。研究結(jié)果表明:T型接頭所采用的制備T-藝穩(wěn)定性較好;該接頭彎曲剛度為1.44 kN/mm,極限彎矩達(dá)到1.15 kN -m;剪切剛度為230N/mm,極限抗剪彎矩高于348N-m。結(jié)構(gòu)主要破壞模式:1)彎曲試件:梯形過渡區(qū)拐角處出現(xiàn)初始損傷,接頭強(qiáng)度失效模式為梯形過渡區(qū)復(fù)合材料表層與填充芯材界面剝離;2)剪切試件:楔形搭接區(qū)端部初始剝離,繼而45。增強(qiáng)層與夾芯板條界面剝離,最后,梯形過渡區(qū)復(fù)合材料表層與450增強(qiáng)層和填充芯材之間界面剝離,結(jié)構(gòu)崩潰破壞。
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐海水腐蝕特性,且比強(qiáng)度、比模量高,目前已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶T程結(jié)構(gòu)中。由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的可設(shè)計(jì)性和易于成型的特點(diǎn),使得其成為未來艦船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向。
為解決復(fù)合材料結(jié)構(gòu)非平面內(nèi)的連接問題,國內(nèi)外研究者們提出了包括復(fù)合材料T型接頭,型接頭在內(nèi)的多種連接結(jié)構(gòu)形式,并進(jìn)行了相關(guān)研究。Theotokoglou等研究了復(fù)合材料T型接頭的拉伸破壞強(qiáng)度,白江波等對(duì)RTM成型復(fù)合材料T型接頭的T藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,并開展了拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)研究。為提高復(fù)合材料T型接頭的極限承載能力,Stickler等通過引入縫紉丁藝,研究了縫紉T藝復(fù)合材料T型接頭的拉伸強(qiáng)度特性。目前,對(duì)復(fù)合材料T型連接接頭力學(xué)特性的研究熱點(diǎn)主要集中在通過數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)構(gòu)失效模式并指導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)上。當(dāng)非平面內(nèi)構(gòu)件采用復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)時(shí),作為復(fù)合材料T型連接接頭研究T作的延伸,結(jié)構(gòu)形式和連接界面均相對(duì)復(fù)雜的夾芯復(fù)合材料T型接頭的力學(xué)特性受到了研究者們的關(guān)注。Toftegaard等通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了泡沫夾層的三明治T型接頭的控伸強(qiáng)度特性,結(jié)合試驗(yàn)和仿真方法對(duì)夾芯復(fù)合材料T型接頭開展了動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究,Shenoi等通過試驗(yàn)研究了T型接頭幾何尺寸對(duì)壓縮強(qiáng)度的影響。但是,在上述針對(duì)夾芯復(fù)合材料T型接頭開展的試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究成果中,其載荷形式均未能很好地反映艦船復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)非平面內(nèi)連接接頭的承載特點(diǎn)、破壞模式和機(jī)制。
為滿足艦船上層建筑夾芯復(fù)合材料中間甲板和縱向外壁的非平面連接要求,本文將提出一種由復(fù)合材料夾芯板條、復(fù)合材料夾芯梯形過渡區(qū)構(gòu)成的T型接頭結(jié)構(gòu)形式。由于縱向外壁承受波浪載荷且中間甲板承受重力及其他活動(dòng)物體的垂向載荷作用,使得應(yīng)用于該區(qū)域的T型接頭承受彎曲和垂向剪切變形。因此,針對(duì)真空輔助成型夾芯復(fù)合材料T型接頭開展T藝制備穩(wěn)定性研究、承受彎曲和剪切載荷作用下的力學(xué)性能和破壞機(jī)制研究非常必要。
本文還將通過試驗(yàn)獲取夾芯復(fù)合材料T型接頭的極限承載能力、損傷特征和破壞模式,這對(duì)全面了解該型接頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)都具有重要的意義。
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