穿透性損傷對鈦合金蜂窩口蓋壁板面內(nèi)壓縮性能影響

楊昊，謝宗蕻，楊海波，袁培毓，岳喜山，趙偉，*

(1.中山大學航空航天學院，廣州 510275；2.中國航空工業(yè)集團公司成都飛機設(shè)計研究所，成都 610091；3.中國航空制造技術(shù)研究院，北京 100024)

鈦合金蜂窩口蓋壁板采用鈦合金材料作為面板，以輕質(zhì)蜂窩作為芯體，面板與芯體通過釬焊連接。其具有出色的性能，如高比強度和比剛度、隔噪、隔熱、抗腐蝕等，因此，被廣泛應(yīng)用于航空航天飛行器結(jié)構(gòu)，特別是口蓋、舵翼面、消音內(nèi)襯等結(jié)構(gòu)中[1-4]。但是在制造、裝配和服役過程中，鈦合金蜂窩口蓋壁板可能會產(chǎn)生各種類型的缺陷和損傷，從而影響口蓋壁板力學性能，尤其是面內(nèi)壓縮性能。其中穿透性損傷多是在實際服役過程中受到?jīng)_擊載荷而形成的典型損傷。

Gibson 和Ashby[5]全面總結(jié)了蜂窩材料的力學性能。國內(nèi)外學者廣泛研究了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的力學性能[6-8]及損傷對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的力學性能影響[9-12]，但是，對于金屬蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的研究大都集中于高溫合金材料，很少涉及鈦合金材料。隨著鈦合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制備工藝日益成熟[13-14]，國內(nèi)研究者開展了鈦合金蜂窩壁板的力學性能的研究工作[15-17]。然而，涉及鈦合金蜂窩口蓋壁板力學性能的研究相對較少，穿透性損傷對鈦合金蜂窩口蓋壁板的面內(nèi)壓縮性能影響尚不明確。

本文采用有限元分析與試驗研究相結(jié)合的方法，研究了穿透性損傷對鈦合金蜂窩口蓋壁板面內(nèi)壓縮性能的影響。通過試驗研究得到面內(nèi)壓縮下典型的破壞模式和破壞載荷。利用ABAQUS 二次開發(fā)技術(shù)，編寫Python 代碼建立含蜂窩芯體細節(jié)的有限元模型，模擬面內(nèi)壓縮過程中的力學行為。采用試驗結(jié)果驗證后的有限元模型研究穿透性損傷直徑對鈦合金蜂窩口蓋壁板力學性能的影響。研究結(jié)果可以為鈦合金蜂窩口蓋壁板的設(shè)計及其面內(nèi)壓縮性能的預(yù)測提供數(shù)據(jù)支持和研究方法參考。

1 面內(nèi)壓縮試驗

1.1 試驗件、試驗夾具及試驗機設(shè)置

試驗件的構(gòu)型參照已成功應(yīng)用于某型國產(chǎn)先進戰(zhàn)機的鈦合金蜂窩口蓋壁板的構(gòu)型。為了控制試驗件制造成本，試驗件長寬尺寸小于戰(zhàn)機真實結(jié)構(gòu)長寬尺寸?；诒疚难芯繂挝晃垂_發(fā)表的研究成果和設(shè)計經(jīng)驗，同時考慮尺寸效應(yīng)影響，試驗件的長寬尺寸確定為350mm×3 5 0mm。試驗件按損傷類型分為無損傷和穿透性損傷試驗件，共兩大類4 組。每組各3 件試驗件，總計12 件。其中，含穿透性損傷試驗件通過在無損傷試驗件的中心位置預(yù)制穿透性圓孔損傷得到，共3 組。參照F-18 維修手冊[18]，確定當穿透性損傷直徑大于50mm 時，鈦合金蜂窩口蓋壁板構(gòu)型結(jié)構(gòu)件不可修，即穿透性損傷最大直徑為50mm。本文研究單位未公開發(fā)表的研究成果顯示，當直徑小于20mm 時，穿透性損傷對鈦合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)件的承載性能影響較小。因此，確定試驗件的典型穿透性損傷直徑為30，40，50mm。無損傷試驗件由內(nèi)外蒙皮、加強片和蜂窩芯體組成，內(nèi)外蒙皮和加強片的材料為鈦合金TC4，蜂窩芯體采用厚度為0.1mm 的鈦合金箔材經(jīng)成型制造獲得，材料為鈦合金TC4H-11.2-0.1。無損傷試驗件結(jié)構(gòu)細節(jié)如圖1 所示。試驗件L方向與W方向的長度均為350mm，如圖1（a）所示。蜂窩芯體單胞直徑為11.2mm，芯體具有方向性，試驗件L方向與蜂窩芯體L方向一致，如圖1（b）所示。外蒙皮厚度為0.8mm，內(nèi)蒙皮厚度為0.6 mm，加強片厚度為0.6mm，蜂窩芯體最大高度為1 5 mm，如圖1（c）所示。圖1（c）中斜角區(qū)為三角線框區(qū)域，表示壁板從全高度蜂窩區(qū)域到內(nèi)外蒙皮無蜂窩芯體區(qū)域間的過渡部分。蒙皮與蜂窩芯體之間，內(nèi)外蒙皮邊緣之間及內(nèi)蒙皮與加強片之間采用釬焊進行焊接。試驗件加工后公差如下：L向兩端面平面度小于0.05mm，兩端面平行度小于0.0 5 mm，外蒙皮與兩端面的垂直度小于0.05mm。無損傷試驗件的貼片方式如圖2 所示。其中，P 表示應(yīng)變片，括號外編號為外蒙皮應(yīng)變片編號，括號內(nèi)編號為內(nèi)蒙皮應(yīng)變片編號。鈦合金蜂窩口蓋壁板面內(nèi)壓縮試驗參照試驗標準ASTM D7137[19]進行，用于獲取口蓋壁板的面內(nèi)壓縮力學性能和關(guān)鍵位置應(yīng)變信息。鈦合金蜂窩口蓋壁板面內(nèi)壓縮試驗夾具示意圖如圖3 所示。試驗前，首先用滑塊將試驗件固定在底座和壓塊之間，然后將初步固定后的試驗件安放在試驗機壓縮空間的球鉸支座平臺上方。最后施加1 kN 預(yù)載荷，通過P1、P3、P12 和P14 應(yīng)變片的數(shù)值，確保試驗件外蒙皮與底座加載面和壓塊加載面的垂直度滿足要求后（即上述4 個應(yīng)變片中，任意2 個應(yīng)變片數(shù)值之間偏差均小于10%），固定U 型側(cè)板上方的簡支側(cè)板，對試驗件兩側(cè)施加簡支約束。試驗的加載速率為1mm/m in。試驗過程中，同時記錄載荷和應(yīng)變等數(shù)據(jù)。

圖1 無損傷試驗件結(jié)構(gòu)細節(jié)Fig.1 Details of the specimen without damage

圖2 無損傷試驗件應(yīng)變片位置示意圖Fig.2 The strain gage position of the specimen without damage

圖3 面內(nèi)壓縮試驗夾具示意圖Fig.3 Diagram of the device of in-plane compression experiments

1.2 試驗結(jié)果

1.2.1 破壞模式

1)對于無損傷和含30，40mm 直徑穿透性損傷的試驗件，隨著載荷增加，逐漸出現(xiàn)芯體和蒙皮損傷的響聲。當載荷超過限制載荷后，試驗件出現(xiàn)密集的芯體、蒙皮損傷響聲，當外蒙皮在斜角區(qū)域出現(xiàn)目視可見變形的瞬時，試驗件在一端外蒙皮斜角區(qū)域發(fā)生災(zāi)難性破壞，試驗結(jié)束。在面內(nèi)壓縮載荷作用下，無損傷和含30mm，4 0mm 直徑穿透性損傷的試驗件的典型破壞模式為外蒙皮在斜角區(qū)域貫穿側(cè)邊鼓出，如圖4 所示。

圖4 無損傷和含30 mm，40 mm直徑穿透性損傷試驗件典型破壞模式Fig.4 Typical failure modes of specimens with intact 30 mm and 40 mm diameter penetrating damage

2)對于含50mm 直徑穿透性損傷的試驗件，隨著載荷增加，逐漸出現(xiàn)芯體和蒙皮損傷的響聲，當載荷超過限制載荷后，試驗件出現(xiàn)密集的芯體、蒙皮損傷響聲，當外蒙皮在穿透性損傷圓孔附近出現(xiàn)目視可見橫向變形時，變形瞬間沿孔橫截面擴展至兩側(cè)邊，試驗件發(fā)生災(zāi)難性破壞，試驗結(jié)束。在面內(nèi)壓縮載荷作用下，含50mm 直徑穿透性損傷試驗件的典型破壞模式為外蒙皮沿穿透性損傷區(qū)橫向鼓出，如圖5 所示。通過觀察破壞后的試驗件，可以發(fā)現(xiàn)外蒙皮鼓出區(qū)域外蒙皮與芯體出現(xiàn)脫焊。

圖5 含50 mm直徑穿透性損傷試驗件典型破壞模式Fig.5 Typical failure modes of specimens with 50 mm diameter penetrating damage

1.2.2 破壞載荷

無損傷和含穿透性損傷鈦合金蜂窩口蓋壁板的面內(nèi)壓縮破壞載荷試驗結(jié)果如表1 所示。其中，面內(nèi)壓縮破壞載荷降低比例是指含穿透性損傷鈦合金蜂窩口蓋壁板相對于無損傷鈦合金蜂窩口蓋壁板的面內(nèi)壓縮破壞載荷降低比例。能夠從表1看出，試驗數(shù)據(jù)的離散系數(shù)的最大值為11.39%，表明試驗結(jié)果可靠。穿透性損傷直徑為30mm，4 0mm時，面內(nèi)壓縮破壞載荷分別降低6.11%和2.33%，當穿透性損傷直徑為50mm 時，面內(nèi)壓縮破壞載荷反而提高了5.54%，可見穿透性損傷不會顯著降低鈦合金蜂窩口蓋壁板的面內(nèi)壓縮破壞載荷，甚至可能提高鈦合金蜂窩口蓋壁板的面內(nèi)壓縮破壞載荷。

表1 鈦合金蜂窩口蓋壁板面內(nèi)壓縮破壞載荷試驗值Table 1 Experim ental com pression failure loads of the titanium honeycom b sandw ich cover structure

2 有限元模型

2.1 有限元模型設(shè)置

利用ABAQUS 二次開發(fā)技術(shù)，編寫Python 代碼建立包含蜂窩芯體細節(jié)的有限元模型，用于模擬面內(nèi)壓縮過程中的力學行為。內(nèi)外蒙皮和加強片均采用三維實體建模，使用SC8R 單元，蜂窩芯體采用殼單元建模，使用S4R 單元。對于模型建模過程，由于斜角區(qū)域出現(xiàn)載荷集中，故對這些區(qū)域的網(wǎng)格進行細化處理。無損傷模型網(wǎng)格劃分如圖6所示。

有限元模型設(shè)置的材料參數(shù)如表2 所示，表2中鈦合金TC4 材料的各項參數(shù)均由拉伸試驗測得。材料的塑性應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系如表3 所示。TC4鈦合金材料采用金屬的延展性損傷準則進行定義，當單元斷裂應(yīng)變達到0.15 時，判定一個單元（面板、蜂窩芯）達到了破壞。單元破壞后，在后續(xù)加載過程中，破壞的單元會在模型中移除。

表2 TC4 材料參數(shù)Table 2 M aterial param eters of TC4

表3 TC4 應(yīng)力與塑性應(yīng)變Table 3 The true stress and the p lastic strain of TC4

有限元模型中引入了ABAQUS 顯式通用接觸算法，蜂窩芯體的蜂窩壁間的接觸類型為自接觸，其接觸特性為硬接觸。由于蒙皮與蜂窩芯體之間釬焊界面狀態(tài)的復(fù)雜性，目前尚無法通過試驗準確獲得蒙皮與蜂窩芯體之間釬焊界面的力學性能，完成有限元模型中Cohesive 單元的參數(shù)設(shè)置，對界面是否脫焊采用漸進損傷方法進行判斷。因此，參照之前的研究[1]，蒙皮與蜂窩芯體之間，內(nèi)外蒙皮之間及內(nèi)蒙皮與加強片之間采用綁定“tie”約束。根據(jù)ABAQUS6.14 使用手冊[20]對“tie”約束的定義，當接觸的主表面與從屬表面的位置容差超過設(shè)定值之后，視為約束失效。本文采用的位置容差為默認值，當壓縮載荷引起的結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致從屬表面上的節(jié)點與主表面的位置超過了設(shè)定值，則約束失效，即視為發(fā)生脫焊破壞。

模型采用ABAQUS/Explicit 模擬口蓋壁板的準靜態(tài)壓縮過程，其中用于模擬的時間段為0.01s，最大位移為5 mm。位移采用Smooth 步幅曲線平滑加載。模型的邊界條件設(shè)置與試驗一致。有限元模型及其邊界、加載條件如圖6 所示。最后提取載荷位移曲線，參照試驗標準ASTM D7137[19]中的最大破壞載荷判斷依據(jù)：“對試件加載直至達到最大值，并且載荷掉落至最大值大約30%時，除非特別想要試件破壞，否則終止試驗?！备鶕?jù)載荷位移曲線獨立確定載荷最大值，將其視為結(jié)構(gòu)整體破壞的臨界值。

結(jié)構(gòu)承受壓縮載荷的情況下，需要考慮屈曲問題。本文采用ABAQUS/Explicit 處理屈曲問題，ABAQUS/Explicit 的優(yōu)勢在于能較好的適應(yīng)復(fù)雜模型，并且能有效的解決復(fù)雜后屈曲問題及準靜態(tài)問題。本文考慮了單元失穩(wěn)與結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題，通過有限元結(jié)果的塑性應(yīng)變云圖判斷是否出現(xiàn)單元失穩(wěn)，當塑性應(yīng)變不為0 時視為單元出現(xiàn)失穩(wěn)。通過有限元結(jié)果的變形云圖判斷是否出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

2.2 有限元模型驗證及穿透性損傷對結(jié)構(gòu)破壞載荷的影響

本節(jié)通過無損傷蜂窩口蓋壁板的試驗結(jié)果來驗證有限元模型的可靠性。

2.2.1 破壞模式對比

有限元預(yù)測與試驗獲得的無損傷口蓋壁板面內(nèi)壓縮破壞模式對比如圖7 所示，其中有限元預(yù)測的結(jié)果輸出為模型的面外位移U3，U3 的正方向指向外蒙皮?？梢钥闯?，無損傷鈦合金蜂窩口蓋壁板的試驗結(jié)果與有限元計算得到的破壞模式相同，均為外蒙皮在斜角區(qū)域貫穿側(cè)邊鼓出?？梢姡邢拊Ｐ涂梢詼蚀_預(yù)測蜂窩口蓋壁板的破壞模式。

圖7 無損傷口蓋壁板面內(nèi)壓縮破壞模式對比Fig.7 Comparison of in-plane compression failure modes of structure without damage

2.2.2 破壞載荷對比

有限元預(yù)測與試驗獲得的無損傷口蓋壁板面內(nèi)壓縮破壞載荷對比如表4 所示，可以看出，有限元預(yù)測得到的破壞載荷值與試驗結(jié)果十分接近（偏差僅為0.92%），可見，有限元模型預(yù)測的破壞載荷與試驗結(jié)果吻合較好。

表4 鈦合金蜂窩口蓋壁板破壞載荷對比Tab le 4 Com parison of failure loads of the titanium honeycomb sandw ich cover structure

2.2.3 載荷-應(yīng)變曲線對比

對于無損傷口蓋壁板，繪制典型位置的面內(nèi)壓縮載荷-應(yīng)變曲線（試驗件與有限元預(yù)測對比），如圖8所示。圖8(b)中用虛線表示有限元預(yù)測結(jié)果，實線表示試驗結(jié)果。通過圖8 可以看出，有限元預(yù)測的壓縮載荷-應(yīng)變曲線變化趨勢與試驗結(jié)果基本一致。考慮到試驗件制造缺陷，試驗儀器精度等方面影響，試驗無法捕捉到所有細節(jié)，導(dǎo)致兩者載荷-應(yīng)變曲線存在一定偏差。通過對比有限元預(yù)測和試驗獲得的破壞模式、破壞載荷和載荷-應(yīng)變曲線，可以看出，本文建立的有限元模型有效，分析策略可行。

圖8 無損傷壁板面內(nèi)壓縮載荷-應(yīng)變曲線對比Fig.8 Comparison of in-plane compression load-strain curves of structure without damage

3 結(jié)果分析與討論

基于試驗結(jié)果驗證后的有限元模型，對比試驗結(jié)果，研究穿透性損傷直徑對鈦合金蜂窩口蓋壁板力學性能的影響。

3.1 含穿透性損傷蜂窩口蓋壁板破壞模式

對于含穿透性損傷的鈦合金蜂窩口蓋壁板，將有限元預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比，其破壞模式如圖9 所示，其中有限元預(yù)測的結(jié)果輸出為模型的面外方向U3 的位移，U3 的正方向指向外蒙皮?？梢钥闯?，有限元模型可以準確預(yù)測含穿透性損傷的鈦合金蜂窩口蓋壁板的破壞模式。當穿透性損傷直徑D小于40mm 時，破壞模式為外蒙皮在斜角區(qū)域貫穿側(cè)邊鼓出。當穿透性損傷為50mm 時，破壞模式為外蒙皮沿穿透性損傷區(qū)橫向鼓出。

圖9 含穿透性損傷口蓋壁板面內(nèi)壓縮破壞模式對比Fig.9 Comparison of in-plane compression failure modes of structure with penetrating damage

3.2 破壞載荷

采用有限元模型預(yù)測得到的鈦合金蜂窩口蓋壁板破壞載荷和試驗計算得到的平均破壞載荷對比如表4 所示?？梢钥闯觯伜辖鸱涓C口蓋壁板破壞載荷的有限元預(yù)測值與試驗值的最大偏差為9.33%，可見，有限元模型預(yù)測的破壞載荷與試驗結(jié)果吻合較好。

3.3 穿透性損傷對結(jié)構(gòu)破壞載荷的影響分析

基于已驗證的有限元模型，采用該模型預(yù)測得到的無損傷和直徑20～80mm（D20～D80）穿透性損傷的鈦合金蜂窩口蓋壁板的面內(nèi)壓縮載荷-位移曲線如圖10所示。從圖10 可以看出。

圖10 不同直徑穿透性損傷的面內(nèi)壓縮載荷-位移曲線對比Fig.10 Comparison of in-plane compression load-displacement curves of different penetrating damage

1）當穿透性損傷直徑為2 0mm,3 0 mm,4 0 mm時，隨著壓縮位移的增加，鈦合金蜂窩口蓋壁板的載荷隨之增加，當壓縮位移達到1mm 后，壁板發(fā)生了局部失穩(wěn)，出現(xiàn)了載荷下降的情況，下降幅度分別為11.88%、15.88%及15.96%。隨后載荷繼續(xù)上升至最大值。經(jīng)過最大值后，載荷掉落至最大值的30%以下，從而確定載荷最大值為結(jié)構(gòu)整體破壞的臨界載荷，達到臨界載荷后，視為結(jié)構(gòu)整體破壞。

2）當穿透性損傷直徑大于5 0 mm 時，隨著壓縮位移的增加，鈦合金蜂窩口蓋壁板的載荷隨之增加，隨后載荷繼續(xù)上升至最大值。經(jīng)過最大值后，載荷掉落至最大值的30%以下，從而確定載荷最大值為結(jié)構(gòu)整體破壞的臨界載荷，達到臨界載荷后，視為結(jié)構(gòu)整體破壞。

3）當穿透性損傷直徑為2 0～4 0 mm 時，無損傷和含穿透性損傷的鈦合金蜂窩口蓋壁板在面內(nèi)壓縮載荷作用下，載荷-位移曲線在彈性階段的斜率基本一致，說明此時穿透性損傷對鈦合金蜂窩口蓋壁板面內(nèi)壓縮剛度影響很小。當載荷達到臨界破壞載荷時，外蒙皮在斜角區(qū)域貫穿側(cè)邊鼓出，結(jié)構(gòu)承載能力迅速下降。

4）當穿透性損傷直徑為2 0～4 0 mm 時，無損傷和含穿透性損傷的鈦合金蜂窩口蓋壁板在面內(nèi)壓縮載荷作用下，載荷-位移曲線在彈性階段的斜率基本一致，說明此時穿透性損傷對鈦合金蜂窩口蓋壁板面內(nèi)壓縮剛度影響很小。當載荷達到臨界破壞載荷時，外蒙皮在斜角區(qū)域貫穿側(cè)邊鼓出，結(jié)構(gòu)承載能力迅速下降。

5）當穿透性損傷直徑大于5 0 mm 時，在面內(nèi)壓縮載荷作用下，載荷-位移曲線在彈性階段的斜率隨孔徑增大而減小，說明此時穿透性損傷使鈦合金蜂窩口蓋壁板面內(nèi)壓縮剛度減小。隨著載荷的增加，穿透性損傷區(qū)域外蒙皮發(fā)生局部屈曲。達到臨界載荷的瞬間，外蒙皮沿穿透性損傷區(qū)橫向鼓出，結(jié)構(gòu)承載能力迅速下降。

6）對于鈦合金蜂窩口蓋壁板，在穿透性損傷直徑為20～40mm 時，達到載荷最大值前，發(fā)生了載荷下降情況，而穿透性損傷直徑大于50mm 時卻未發(fā)生。這是前者發(fā)生局部失穩(wěn)導(dǎo)致的結(jié)果。以直徑30mm 穿透性損傷為例，壓縮位移達到1.1 4 mm 時，載荷出現(xiàn)下降。選取載荷為1mm 與1.2mm 時（局部失穩(wěn)前后最近幀數(shù)對應(yīng)位移）的變形圖，將直徑30mm和直徑50mm 含穿透性損傷的壁板進行前后對比，如圖11 所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，對于損傷直徑30mm 的口蓋壁板，載荷集中在壁板上下兩端斜角區(qū)域，載荷增加導(dǎo)致該區(qū)域外蒙皮向外鼓出，蜂窩口蓋壁板出現(xiàn)局部失穩(wěn)，導(dǎo)致此處載荷下降。發(fā)生局部失穩(wěn)后，結(jié)構(gòu)可以繼續(xù)承載直至出現(xiàn)最大載荷。而對于損傷直徑50mm 的口蓋壁板，載荷集中在穿透性損傷附近，載荷增加導(dǎo)致該區(qū)域外蒙皮橫向鼓出程度略有加劇，但未出現(xiàn)明顯變化，因此未出現(xiàn)載荷下降。

圖11 D30、D50含穿透性損傷壁板于位移1 mm與1.2 mm處變形對比Fig.11 Deformation comparison of D30 and D50 penetrating damage structure under the displacement of 1 mm and 1.2 mm

7）鈦合金蜂窩口蓋壁板面內(nèi)壓縮破壞載荷與穿透性損傷直徑數(shù)據(jù)如圖12 所示，從圖12 可以看出，含穿透性損傷鈦合金蜂窩口蓋壁板的面內(nèi)壓縮強度略高于無損傷鈦合金蜂窩口蓋壁板，并且面內(nèi)壓縮破壞載荷隨著穿透性損傷直徑的增加而增加。鈦合金蜂窩口蓋壁板達到破壞載荷時，面內(nèi)壓縮載荷分布對比如圖13 所示。由圖13 可知，鈦合金蜂窩口蓋壁板主要承載區(qū)域為兩側(cè)邊區(qū)域，而中間蜂窩區(qū)域承載較小，并存在載荷接近零的低承載區(qū)域。隨著開孔直徑的增加，蜂窩低承載區(qū)域面積增大，載荷逐步減小，蜂窩區(qū)域承載比例減小。而側(cè)邊高承載區(qū)域面積增大，載荷逐步增加，側(cè)邊承載比例增大。由于口蓋的特殊結(jié)構(gòu)特征，兩側(cè)邊區(qū)域剛度弱于蜂窩夾層區(qū)域，但強度大于蜂窩區(qū)域。因此，當蜂窩區(qū)域開孔后，結(jié)構(gòu)整體出現(xiàn)載荷增加，剛度下降的現(xiàn)象。

圖12 不同直徑穿透性損傷的破壞載荷及擬合曲線Fig.12 Failure load and fitting curves with penetrating damage of different diameters

圖13 鈦合金蜂窩口蓋壁板面內(nèi)壓縮載荷分布對比Fig.13 Comparison of in-plane compression load distribution of the titanium honeycomb sandwich cover structure

4 結(jié) 論

本文采用試驗和有限元相結(jié)合的方法，研究了穿透性損傷對鈦合金蜂窩口蓋壁板結(jié)構(gòu)面內(nèi)壓縮性能的影響。得出結(jié)論如下：

1）對于無損傷鈦合金蜂窩口蓋壁板而言，在面內(nèi)壓縮載荷的作用下典型破壞模式為外蒙皮在斜角區(qū)域貫穿側(cè)邊鼓出。

2）在面內(nèi)壓縮載荷的作用下，當穿透性損傷的直徑小于40mm 時，典型破壞模式為外蒙皮在斜角區(qū)域貫穿側(cè)邊鼓出。當穿透性損傷的直徑為50mm及以上時，破壞模式為外蒙皮沿穿透性損傷區(qū)橫向鼓出。

3）含穿透性損傷的鈦合金蜂窩口蓋壁板的面內(nèi)壓縮破壞載荷要略高于無損傷鈦合金蜂窩口蓋壁板，并且面內(nèi)壓縮破壞載荷隨著穿透性損傷直徑的增加而增加。

4）本文建立的有限元模型預(yù)測的破壞模式與試驗結(jié)果一致，破壞載荷與試驗結(jié)果吻合較好。

本文研究結(jié)果對鈦合金蜂窩口蓋壁板的設(shè)計具有一定指導(dǎo)意義，對其面內(nèi)壓縮性能的工程預(yù)估能提供有效參考。