复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110207921A(43)申请公布日2019.09.06(21)申请号201910445825.7(22)申请日2019.05.27(71)申请人中国飞机强度研究所地址710065陕西省西安市电子2路86号(72)发明人詹绍正王丹杨鹏飞宁宁王育鹏焦婷黄华斌(74)专利代理机构中国航空专利中心11008代理人杜永保(51)Int.Cl.G01M7/08(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法(57)摘要本发明提供了复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，先根据需设计的对比试块尺寸切割蜂窝芯形成蜂窝芯预制件，利用静压或低速冲击的方式使蜂窝芯失稳来产生损伤以模拟冲击导致的蜂窝芯子损伤，对蜂窝芯上芯子塌陷区进行修型后将含有芯子损伤的蜂窝芯预制件与上、下蒙皮固化形成对比试块。本发明能够真实模拟蜂窝夹芯结构中因冲击引起的各种损伤模式，采用以此方法制作的对比试块作为蜂窝夹芯结构检测时的设备调节基准，比采用现有损伤模拟方法预制的对比试块，能够更加精确的定量评价蜂窝夹芯结构因冲击引起的损伤程度，更有利于结构强度的正确评估和合理修理决策的制定。CN110207921ACN110207921A权利要求书1/2页1.复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：通过对蜂窝夹芯结构冲击损伤进行数字仿真计算和真实冲击损伤蜂窝夹芯结构损伤区的断口观察，获取蜂窝夹芯结构冲击损伤特征，为冲击损伤的人工模拟提供基础；步骤二：根据需设计的对比试块尺寸切割蜂窝芯形成蜂窝芯预制件，利用静压或低速冲击的方式使蜂窝芯失稳来产生损伤以模拟冲击导致的蜂窝芯子损伤；步骤三：对蜂窝芯上因静压或低速冲击引起的芯子塌陷区进行修型，将塌陷的蜂窝芯壁拉伸与初始高度平齐并，修正并恢复受损蜂窝芯格的形状；步骤四：将修型后含有芯子损伤的蜂窝芯预制件与上、下蒙皮固化形成对比试块。2.如权利要求1所述的复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，其特征在于，蜂窝夹芯结构冲击损伤特征包括蒙皮分层、蒙皮与蜂窝芯脱粘以及蜂窝芯子损伤特征。3.如权利要求1所述的复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，其特征在于，步骤二中先制造不含上、下蒙皮的蜂窝芯预制件，并通过静压或低速冲击的方法来模拟冲击损伤；采用静压方式模拟时，通过有限元建模和局部静压数字仿真方式获取蜂窝芯预制件在压缩载荷下刚刚进入失稳状态的压缩位移值；然后，在试验机上根据仿真获得的压缩位移值进行压缩实验，使得蜂窝芯预制件的局部蜂窝芯进入失稳状态而产生损伤以模拟冲击引起的芯子损伤；当采用低速冲击方式模拟时，通过有限元建模和冲击仿真计算的方式获取蜂窝芯预制件在冲击载荷下达到预定失稳区尺寸时的冲击能量值，然后在自由落锤冲击试验机上按照冲击能量值进行冲击实验，使蜂窝芯进入失稳状态而产生损伤以模拟结构中自然冲击引起的芯子损伤；低速冲击实验时选用的球形冲头直径近似等于需模拟芯子损伤的直径。4.如权利要求1所述的复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，其特征在于，步骤三中，采用尖嘴镊子对步骤二中因静压或低速冲击产生的蜂窝芯受损区的塌陷蜂窝进行修型。5.如权利要求1所述的复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，其特征在于，步骤四中，固化前在试块中先分别预制蒙皮分层缺陷和蒙皮与蜂窝芯脱粘缺陷，然后与修型后的蜂窝芯预制件进行固化；固化后形成包含有不同深度的蒙皮分层损伤，蒙皮与蜂窝芯间的胶膜上、下脱粘损伤及蜂窝芯子损伤的蜂窝夹芯结构对比试块，从而实现对蜂窝夹芯结构冲击引起各种损伤模式的真实模拟，用以实现对蜂窝夹芯结构产品中冲击损伤的检测和评价。6.如权利要求3所述的复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，其特征在于，蒙皮分层缺陷包括上表层分层、中间层分层和下表层分层；蒙皮与蜂窝芯脱粘缺陷包括蒙皮与胶膜间脱粘以及胶膜与蜂窝芯间脱粘。7.如权利要求1所述的复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，其特征在于，具体实施过程如下：1)制作蜂窝预制件：按设计要求选择合适的蜂窝芯并切割到所需的尺寸，形成蜂窝芯预制件；2)仿真计算与分析：依据蜂窝芯预制件的实际物理参数特征和相关力学性能数据，建立蜂窝结构预制件的有限元模型，并通有限元分析软件对蜂窝芯预制件一面局部区域施加2CN110207921A权利要求书2/2页均布静压载荷或低速动态冲击载荷进行数字仿真，施加载荷的区域大小或冲头直径取决于所希望获得的损伤尺寸大小，获得蜂窝芯在刚刚进入失稳状态时静压载荷下的压缩位移值或在冲击载荷下达到期望失稳尺寸时的冲击能量值；3)实施实验：对于静压实施实验，将压头固