針對復(fù)合材料夾芯板結(jié)構(gòu)非平面內(nèi)連接要求，提出一種夾芯復(fù)合材料T型接頭結(jié)構(gòu)形式及其真空輔助成型制備方法。針對T型接頭彎曲試件和剪切試件，分別開展三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)，分析該型接頭制備丁藝穩(wěn)定性、極限承載能力和破壞模式。研究結(jié)果表明：T型接頭所采用的制備T-藝穩(wěn)定性較好；該接頭彎曲剛度為1.44 kN/mm，極限彎矩達(dá)到1.15 kN -m；剪切剛度為230N／mm，極限抗剪彎矩高于348N-m。結(jié)構(gòu)主要破壞模式：1）彎曲試件：梯形過渡區(qū)拐角處出現(xiàn)初始損傷，接頭強(qiáng)度失效模式為梯形過渡區(qū)復(fù)合材料表層與填充芯材界面剝離；2）剪切試件：楔形搭接區(qū)端部初始剝離，繼而45。增強(qiáng)層與夾芯板條界面剝離，最后，梯形過渡區(qū)復(fù)合材料表層與450增強(qiáng)層和填充芯材之間界面剝離，結(jié)構(gòu)崩潰破壞。
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐海水腐蝕特性，且比強(qiáng)度、比模量高，目前已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶T程結(jié)構(gòu)中。由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的可設(shè)計(jì)性和易于成型的特點(diǎn)，使得其成為未來艦船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向。
為解決復(fù)合材料結(jié)構(gòu)非平面內(nèi)的連接問題，國內(nèi)外研究者們提出了包括復(fù)合材料T型接頭，型接頭在內(nèi)的多種連接結(jié)構(gòu)形式，并進(jìn)行了相關(guān)研究。Theotokoglou等研究了復(fù)合材料T型接頭的拉伸破壞強(qiáng)度，白江波等對RTM成型復(fù)合材料T型接頭的T藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并開展了拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)研究。為提高復(fù)合材料T型接頭的極限承載能力，Stickler等通過引入縫紉丁藝，研究了縫紉T藝復(fù)合材料T型接頭的拉伸強(qiáng)度特性。目前，對復(fù)合材料T型連接接頭力學(xué)特性的研究熱點(diǎn)主要集中在通過數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)構(gòu)失效模式并指導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)上。當(dāng)非平面內(nèi)構(gòu)件采用復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)時(shí)，作為復(fù)合材料T型連接接頭研究T作的延伸，結(jié)構(gòu)形式和連接界面均相對復(fù)雜的夾芯復(fù)合材料T型接頭的力學(xué)特性受到了研究者們的關(guān)注。Toftegaard等通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了泡沫夾層的三明治T型接頭的控伸強(qiáng)度特性，結(jié)合試驗(yàn)和仿真方法對夾芯復(fù)合材料T型接頭開展了動態(tài)響應(yīng)研究，Shenoi等通過試驗(yàn)研究了T型接頭幾何尺寸對壓縮強(qiáng)度的影響。但是，在上述針對夾芯復(fù)合材料T型接頭開展的試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究成果中，其載荷形式均未能很好地反映艦船復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)非平面內(nèi)連接接頭的承載特點(diǎn)、破壞模式和機(jī)制。
為滿足艦船上層建筑夾芯復(fù)合材料中間甲板和縱向外壁的非平面連接要求，本文將提出一種由復(fù)合材料夾芯板條、復(fù)合材料夾芯梯形過渡區(qū)構(gòu)成的T型接頭結(jié)構(gòu)形式。由于縱向外壁承受波浪載荷且中間甲板承受重力及其他活動物體的垂向載荷作用，使得應(yīng)用于該區(qū)域的T型接頭承受彎曲和垂向剪切變形。因此，針對真空輔助成型夾芯復(fù)合材料T型接頭開展T藝制備穩(wěn)定性研究、承受彎曲和剪切載荷作用下的力學(xué)性能和破壞機(jī)制研究非常必要。
本文還將通過試驗(yàn)獲取夾芯復(fù)合材料T型接頭的極限承載能力、損傷特征和破壞模式，這對全面了解該型接頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)都具有重要的意義。
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夾芯復(fù)合材料T型接頭制備工藝及力學(xué)性能試驗(yàn)研究.pdf
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