压缩载荷下夹层结构斜坡过渡区域性能分析
黄翔周光明陆方舟蔡登安曹然（南京航空航天大学，机械结构力学及控制国家重点实验室，南京210016）
文摘建立了泡沫夹层结构斜坡过渡区域的三维(3D)有限元模型，进行了斜坡过渡区域的坡度角分析优化。基于有限元分析软件MSC.Patran/Nastran，建立了考虑斜坡过渡区面板铺层递减的泡沫夹层结构的有限元模型，研究了结构在单轴压缩载荷作用下的力学行为，进一步讨论了坡度角对于夹层结构过渡区域结构强度和稳定性的影响规律。研究结果表明，泡沫夹层结构坡度角在25°～30°时能够达到提高结构承载能力及减轻结构质量的双重目的。
关键词泡沫夹层结构，失效分析，坡度角设计，结构稳定性
中图分类号：TB332
D0I;10.3969/j. issn. 10072330. 2015. 03. 016
AnalysisofSandwichStructureRampTransitionRegion
UnderCompressionLoad
ZHOU Guangming
HUANGXiang
LUFangzhou
CAI Deng'an
CAORan
(State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures, Nanjing University of
Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016)
AbstractA three-dimensional finite element model is established to analyze and optimize the slope angle of sandwich structure ramp transition region. Based on the finite element analysis software MSC,Patran/Nastran the fi-nite element model of sandwich structure considering the decrease of panel layer of transient slope zone. After studying the structural mechanical behavior formed in uniaxial compression load, the article further discussed the influence of slope angle for the intensity and stability of regional structure of sandwich structure transition. The results show that when the foam sandwich structure slope angle is between 25° to 30°,it can improve structure bearing capacity and re-duce the structure weight of dual purpose.
Key wordsFoam core sandwich structure,Failure analysis, Ramp design,Structural stability
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引言
泡沫夹层结构具有了高比强度、比刚度的性能优点。但由于芯层材料的压缩和剪切强度远低于面板蒙皮材料，在夹层结构与相邻结构相连接时容易出现芯层的破坏，夹层结构连接时通常需要设计斜坡过渡区域以满足连接要求。而夹层结构在斜坡过渡区域结构高度发生改变，这样的结构很容易导致结构受载后出现应力集中和稳定性的间题。当前，夹层结构在工程结构中得到了广泛应用，夹层结构的过渡连接问题对提高工程结构的可靠性具有重要的研究意义。
目前，国外众多学者已经对夹层结构连接的强度收稿日期：2014-10-28
和稳定性进行了理论分析和试验研究。关于夹层结构的失效形式，Vinson(]和Ley[2]等人以夹层结构单轴压缩应力状态为基础，深入研究了面板和芯层厚度对于结构强度及稳定性的影响。Kassapoglou等[3]进一步提出了采用解析法研究带斜坡过渡区域的夹层结构在弯曲载荷作用下的失效问题，并得出了芯层应力大小受过渡角变化影响的规律；而Hadi等人(4}选择合适的应力函数(5)总结了芯材的横向剪切变形，建立了关于夹层结构总体屈曲和面板皱屈失效的统一分析理论。Leotoing)则采用有限元法研究了夹层结构的稳定性[7-8]问题，并对有限元模型的规模进行
基金项目：江苏省高校优势学科建设工程项目资助（PAPD）：南京航空航天大学研究生创新基地开放基金项目（klj130104）
作者简介：黄期，1990年出生，碳士研究生，主要从事复合材料结构设计及性能研究。E-mail：huangxiang_hx@126.com 通讯作者：周光明，Email：zhougm@nuaa.edu.cn
—89 — 万方数据
宇航材料工艺
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2015年第3期