间歇循环载荷下粘弹性夹芯夹层结构的疲劳破坏机理研究

Taking sandwich plates with polyruethane core as study objects, failure mechanisms of sandwich structure with viscoelastic core under intermittent cyclic bending load will be proceed: Firstly,Taking sandwich beam speicmens with different sizes, faceplate types and properties between faceplates and core as research objects, then fatigue tests under intermittent cyclic bending loads are carried out and different failure models are illustrated. Combining with the interface crack propagation experiments, mechanism of recovering effect of sandwich beam with viscoelastic core is revealed. Secondly, Based on three parameters constitutive model of viscoelastic core, analytical methods of recovering fatigue life for sandwich beam under intermittent sinusoidal cyclic loads are constructed. And from the results of interface crack propagation experiments and fatigue experiments, phenomenological analysis is used to fit out the function of recovering fatigue life. Finally, fatigue loading process are expressed by using of different fatigue parameters. And on the basis of improving classic cumulative fatigue damage model, new damage models are constructed to illustrate the damages of sandwich beam with viscoelastic core under intermittent cyclic bending load appropriately. Also the new models will be testified by experiments. In a word, the execution of this project can construct the theoretical system of analyzing recovering effect and found the bases of practical applications for sandwich structure with viscoelastic core.

以聚氨酯弹性体夹层板为研究对象，对粘弹性体夹芯夹层结构在间歇循环弯曲载荷作用下的破坏机理，开展以下研究：首先，对不同尺寸、面板材料和面/芯界面性能的夹层梁试件系统地开展间歇循环疲劳实验，分析不同破坏模式出现的原因，结合间歇加载的夹层梁试件的界面裂纹扩展实验，揭示疲劳寿命回复现象存在的机理；其次，基于三参数固体粘弹性本构模型，建立正弦波间歇弯曲循环载荷作用下夹层梁疲劳回复寿命的计算方法，根据界面裂纹扩展实验和间歇弯曲疲劳实验结果，用唯象的方法拟合获得疲劳寿命回复函数；最后，采用不同的疲劳参量对不同类型试件的疲劳加载过程进行描述，通过对经典的疲劳累积损伤模型进行修正，建立能够描述粘弹性夹芯夹层结构在间歇循环载荷作用下损伤的疲劳累积损伤模型，并对其进行实验验证。本项目的施行能够建立粘弹性夹芯夹层结构疲劳寿命分析的理论体系，为其工程应用打下基础。

三明治夹层结构作为一种常见的复合材料结构在工程中有着广泛的应用，一些特殊的夹心材料，如聚氨酯弹性体材料在承载过程中均体现出粘弹性的特点，从而使整体夹层结构在弯曲、疲劳和层间裂纹扩展方面具有一定的特殊性。本项目从聚氨酯弹性体的粘弹性性质出发，系统地研究以其为夹心的夹层板层间力学性能以及在间歇循环弯曲载荷作用下的破坏机理，并对聚氨酯弹性体在冲击下的响应及其减振领域的应用进行研究。具体内容如下：.1）开展了聚氨酯弹性体、聚氨酯弹性体钢夹层板和聚氨酯弹性体夹心纤维增强夹层结构的制备工作，通过压缩实验拟合了聚氨酯弹性的三参数本构关系；.2）开展了聚氨酯弹性体钢夹层板、聚氨酯弹性体夹心纤维增强夹层结构的弯曲实验，结果表明聚氨酯弹性体钢夹层板的破坏形式决定于夹心与面板的层间粘结强度。聚氨酯弹性体夹心纤维增强面板夹层结构的破坏形式与钢夹层板结构具有类似的特点。.3）开展了聚氨酯弹性体钢夹层板结构的不同类型层间扩展实验，用理论分析的方法探讨了不同类型破坏形式出现的原因。在对DCB试件施加往复循环载荷时，没有观察到裂纹的回复现象，而观察到了层间裂纹的持续扩展。.4）推导了以正弦波形加载的疲劳载荷作用下，夹层梁疲劳回复寿命的计算方法，对经典的疲劳累积损伤模型进行修正，开展了疲劳实验，建立能够描述粘弹性夹芯夹层结构在间歇循环载荷作用下损伤的疲劳累积损伤模型。.5）开展了聚氨酯弹性体的冲击实验，提出了低速碰撞过程中考虑材料粘弹性的新的碰撞力分析方法，并以此为基础研究了将聚合物材料应用于碰撞减振结构的分析方法，获得良好的效果。