金属蜂窝材料的弹塑性屈曲临界应力值_刘强VIP免费

第29卷第4期2008年12月力学季刊CHINESEQUARTERLYOFMECHANICSVol.29No.4Dec.2008金属蜂窝材料的弹塑性屈曲临界应力值刘强,黄争呜(同济大学航天航空与力学学院,上海200092))摘要:本文参考Hexcel公司生产的各种规格的金属蜂窝芯,讨论了金属蜂窝芯夹层板承受单轴面外压力时的屈曲模式,发现大多数商用金属蜂窝夹层板受到面外压力作用时发生弹塑性屈曲。基于二维蜂窝结构的代表性单元,建立了金属蜂窝材料弹塑性屈曲的力学模型,进而推导出其临界应力显式公式。该公式反映了蜂窝材料的几何特征及其母材的力学性能,并通过单参数表征金属蜂窝材料的弹塑性屈曲特性。本文还探讨了相对密度和开度角对金属蜂窝材料弹塑性屈曲值的影响规律。最后,通过与已有理论结果和实验结果的比较证实:本文采用的屈曲模式合理,与实验测定值符合较好表明理论预测公式有一定应用价值。收稿日期:2008-01-23基金项目:国家高科技研究发展计划(863计划)项目(2006AA03Z555)作者简介:刘强(1980-),男,山西大同人,博士.研究方向:蜂窝夹层复合材料力学性能.关键词:蜂窝材料;夹层板;弹塑性屈曲中图分类号:O34文献标识码:A文章编号:0254-0053(2008)04-515-6Elasto-plasticBucklingCriticalStressofMetalHoneycombLIUQiang,HUANGZheng-ming(CollegeofAerospaceEngineeringandMechanic,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Abucklingmodelofasandwichpanelwithametalhoneycombsubjectedtoanout-of-planeuni-formaxialcompressiveforcewasinvestigated.IthasbeenfoundthatmostmetalhoneycombsofdifferentdimensionsproducedbyHexcelCorporationwillundergoelasto-plasticbucklingwhenthesandwichpanelissubjectedtooutof-planecompression.Basedonarepresentativeunitcellfortwodimensionalhoney-combstructures,anelasto-plasticbucklingmodelwasestablishedandtheexplicitformulaforcriticalbucklingstresswasobtained.Theformulaisthefunctionofgeometricalparametersofthehoneycombandthemechanicalpropertiesofbasematerial.Asingleparameterwasusedtocharacterizetheelasto-plasticbucklingbehaviorofmetalhoneycombstructure.Theinfluenceoftherelativedensityandtheopeningan-glesofhoneycombstructureonitselastio-plasticbucklingwasalsodiscussed.Acomparisonofthepredic-tedresultsbythepresentmodelandbyexistingmodelswithavailableexperimentsindicatesthatthepres-entmodelisapplicable.Keywords:honeycombmaterial;sandwichpanel;elasto-plasticbuckling金属蜂窝是由金属骨架形成的蜂窝孔周期性排列得到的一种新型复合材料。它具有超轻质、高比刚度、高比表面积等优点以及优良的抗冲击能力、耐热防腐、导热、导电、隔热、隔音、蓄能、吸能减震、电磁屏蔽性能等[1]。因此,这种材料已成为航空航天、交通运输、电子、能源、化工、机械、建筑等领域的新宠。尤其是在卫星、航天器、飞机上采用的夹层板的芯层广泛地使用了金属蜂窝材料。近些年来,随着石油价格的不断上涨和节能减排的需要以风电为代表的洁净能源的发展日益受到重视。目前,2～3兆瓦的大功率风力发电机叶片已经投产发电,更大功率的风机叶片正在研制。因为其体积巨大,要求制造叶片的材料具有很高的比强度和比刚度。蜂窝芯夹层结构以其优越的性能将会在风能领域占有一席之地。蜂窝芯夹层结构在面外荷载作用下的稳定性问题是工程实践中常常会遇到的,解决该问题具有较强的工程实践意义。对于蜂窝材料在面外承载时的弹性屈曲临界应力已有一些研究工作Gibson和Ashby[2]给出了等壁厚六边形蜂窝结构弹性屈曲临界应力的公式,但是该公式只是在Timoshenko和Gere[3]提出的平行于加载方向的两边受到约束的孔壁屈曲临界值的基础上,乘以一个反应孔壁高宽比和边界约束情况的系数K得到的。Evans[4]等在此基础上给出了四边形蜂窝芯和直边为双倍厚度的商用六边形蜂窝芯的弹性屈曲临界应力公式。张大军和余同希[5]考虑了邻接孔壁的约束作用,提出了合理的非等壁厚蜂窝壁板的侧边条件,给出了求任意尺寸比的蜂窝材料面外受压时的初始弹性失稳载荷的理论算法,改变了...