【摘 要】
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点阵结构是一种具有轻质、高比强、高比刚以及多功能潜力的新型结构,是新一代结构材料一体化的理想结构材料。但点阵结构自身的力学特性还未被完全掌握,尤其是对动力学特性的研究更是不够全面。而在实际服役环境中会面临各种严峻的工况条件,其中遭受力学冲击是不可避免的,比如航天器在轨运行受到太空碎片冲击等,冲击载荷会对点阵结构造成不同程度的损伤,包括许多肉眼不可见的内部损伤,使其承载能力下降,从而威胁结构整体安全
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点阵结构是一种具有轻质、高比强、高比刚以及多功能潜力的新型结构,是新一代结构材料一体化的理想结构材料。但点阵结构自身的力学特性还未被完全掌握,尤其是对动力学特性的研究更是不够全面。而在实际服役环境中会面临各种严峻的工况条件,其中遭受力学冲击是不可避免的,比如航天器在轨运行受到太空碎片冲击等,冲击载荷会对点阵结构造成不同程度的损伤,包括许多肉眼不可见的内部损伤,使其承载能力下降,从而威胁结构整体安全性。本文引入单层复合材料结构线弹性假设,结合三维Hashin失效准则对纤维增强复合材料面板的损伤行为进行判断和材料刚度折减,运用Cohesive单元对点阵结构内部的连接界面力学行为进行表征,采用Johnson-Cook模型模拟金属点阵夹芯失效行为,构建了点阵结构冲击动力学模型。并采用嵌锁工艺,制备点阵结构,选定两个特殊位置作为冲击点,分别进行落锤试验,通过试验结果与数值模拟结果对比,验证了模型合理性。基于点阵结构冲击动力学模型,对冲头以不同角度侵穿点阵结构的过程进行了数值模拟,采用控制变量法研究了不同冲击角度下点阵结构的损伤情况,通过研究可知相同能量下冲击角度越小,点阵结构消耗能量越少,但面板失效面积越大。基于数值模拟分别研究了复合材料面板层间不同界面条件和面板与点阵夹芯连接处不同界面条件对点阵结构吸能特性的影响。得出以下结论,冲击位置没有支撑时,面板层内界面条件对吸能特性的影响更加明显,层合板层间条件在合适的值才能表现出层合板整体最大强度;相同能量下,胶膜界面强度高,点阵结构面板损伤面积大,并且中间点阵胞体发生不完全断裂比发生完全断裂对下层面板失效面积的影响更大。
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