第12期 井玉安等：普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩性能 。1239。 圆角的支持下，胞壁与面板之间相当于弹性固支，这 4结论 在一定程度上可以提高结构的临界屈曲载荷.因 此，有面板存在时，蜂窝夹芯结构的面外压缩强度会 通过对普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩实验研究 稍有提高. 发现，普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩变形可分为三 综合以上分析可以看出，面外压缩时，胞壁厚度 个阶段，即弹性变形阶段、塑性变形阶段和压实阶 对蜂窝夹芯板的抗压强度影响最大，其次是胞壁边 段.塑性变形初期又存在塑性屈服变形和塑性屈曲 长，而夹芯厚度及有无面板的影响不大. 变形之分，其变形模式主要受胞壁厚度与胞壁边长 的比值tw/a的影响；对本文研究的Q215普碳钢蜂 3面外压缩时的变形特征分析 窝夹芯板，比值tw/a=00427是临界值，即tw/a 根据以上分析可见，普碳钢蜂窝夹芯板的面外 >0.0427时塑性变形初期以塑性屈服方式进行， 压缩变形可分为弹性变形、塑性变形和压实三个阶 tm/a<0.0427时塑性变形初期以塑性屈曲方式进 段.从应力一应变曲线上可以看到，弹性变形阶段变 行：塑性变形后期主要以屈曲方式进行.在蜂窝结 形量很小.塑性变形阶段的变形模式与比值t/a 构参数对其性能的影响中，胞壁厚度对初始压缩强 有关，当tw/a较大时，即胞壁厚度较大，胞壁边长 度和峰值抗压强度的影响最大，胞壁边长的影响次 较小，胞壁在面外压缩应力作用下不易发生屈曲，而 之，而面板和夹芯厚度的影响很小. 是首先以塑性屈服方式变形.亦即试样的变形更接 参考文献 近于实体材料的变形，故其初始压缩强度可按式(3) 计算；相反，当tw/a较小时，胞壁厚度较小，胞壁边 [I]Gibson L J.Asby M F.Cellular Solids:Structure and proper ties 2nd ed.Cambridge:Cambridge University Press,1997:2 长较大，胞壁在面外压缩应力作用下则首先以塑性 【习陈勇军，左孝青，史庆南，等.金属蜂窝的开发、发展及应用. 屈曲方式发生变形，而不以屈服方式变形，亦即试样 材料导报，2003,17(12)：32 的变形更接近于薄壁结构的变形，故其初始压缩强 【习周祝林，徐玉珍，孙佩琼。复合材料平板及蜂窝芯综合性能测 度可按屈曲临界应力公式(5)计算：首先变形是以塑 试与分析.纤维复合材料.2002(4)：17 【4周祝林.蜂窝芯子密度及平压强度的理论分析和实验比较. 性屈服形式还是以塑性屈曲形式，tw/a是主要的 上海硅酸盐，1995(1)：15 影响因素.对本文研究的Q215普碳钢（真空钎焊后 【习周祝林，王亚熊。夹层结构或芯子平压实验方法（国标G山 的强度只有165MP)蜂窝夹芯板，两曲线的交点为 T1453)实验验证研究分析.玻璃钢，2004(1)：5 tw/a=0.0427,即tw/心00427时，AB段以塑性 【(富明慧，尹久仁.蜂窝芯层的等效弹性参数.力学学报 1999.31(1):113 屈服方式首先变形：tw/a0.0427时，AB段以塑 【刁孙亚平，卢立新，蔡和平.纸蜂窝结构平压性能的实验研究 性屈曲方式首先变形.因此，可以认为A点是塑性 包装工程，2003,241)：14 屈服或屈曲的开始点，该点所对应的强度可以称为 【习孙亚平，卢立新。纸蜂窝结构参数对面外承载能力的影响.江 初始压缩强度.塑性变形达到B点时，应力即达到 南大学学报：自然科学版，2004,3(1)：52 峰值应力，此点所对应的应力值可称为峰值抗压强 [身程小全，寇长河，丽正能.复合材料夹芯板低速冲击后弯曲及 横向静压特性.复合材料学报，200017(2)：114 度.此后，塑性变形主要以屈曲方式进行，此时，一 【10徐胜今，孔宪仁，王本利，等.正交异性蜂窝夹层板动，静力 部分胞壁开始折叠，应力随之开始下降，直到C点， 学问题的等效分析方法.复合材料学报，2000.17(3)：92 部分胞壁完全折叠.之后，随变形量加大，应力开始 11]Wadey H N G.Feck N A.Evans A G.Fabrication and struc- 发生波动，其半波波长与tw/a和试样高度有很大 tural performance of perodic oellular metal sandwich structures. 关系，通常存在几个波峰和波谷.根据本文的研究， Compos Sci Techndl,2003.63 (16):2331 [12]Paik J K.Thayamballi A K.Kim G S.The strength character 厚度为25mm以上的试样一般形成两个波峰和两 istics of aluminum honey comb sandwich panels.Thim-Walled 个波谷（如图4和图6），而厚度为15mm的试样只 Struct,1999,35(3):205 有一个波峰明显，另一个波峰不明显，峰谷之间过渡 13 Coe F.Desh pande V S,Fleck N A.et al.The out-of-plane 平滑（如图5和图7），这种后屈曲行为的研究有待 compressive behavior of metalic honeycombs.Mater Sci Eng A, 进一步进行.当胞壁完全屈曲折叠后，应力便迅速 2004.380(1/2):272 14 Meraghni F.Desrumaux F.Benzeggagh M L Mechanical be- 升高.可以认为，与峰值应力B点等值的D点是压 haviour of cellular core for stnctural sandwich panels.Compos 实阶段的开始，自D点后试样被进一步压实，直到 PatA,1999.30(6:767 密度近似等于实体材料的密度为止. 【1上海玻璃钢结构研究所.GB/T1453一87玻璃钢蜂窝夹层结圆角的支持下, 胞壁与面板之间相当于弹性固支, 这 在一定程度上可以提高结构的临界屈曲载荷 .因 此, 有面板存在时, 蜂窝夹芯结构的面外压缩强度会 稍有提高 . 综合以上分析可以看出, 面外压缩时, 胞壁厚度 对蜂窝夹芯板的抗压强度影响最大, 其次是胞壁边 长, 而夹芯厚度及有无面板的影响不大 . 3 面外压缩时的变形特征分析 根据以上分析可见, 普碳钢蜂窝夹芯板的面外 压缩变形可分为弹性变形、塑性变形和压实三个阶 段.从应力-应变曲线上可以看到, 弹性变形阶段变 形量很小.塑性变形阶段的变形模式与比值 tw/ a 有关, 当 t w/ a 较大时, 即胞壁厚度较大, 胞壁边长 较小, 胞壁在面外压缩应力作用下不易发生屈曲, 而 是首先以塑性屈服方式变形, 亦即试样的变形更接 近于实体材料的变形, 故其初始压缩强度可按式( 3) 计算;相反, 当 t w/ a 较小时, 胞壁厚度较小, 胞壁边 长较大, 胞壁在面外压缩应力作用下则首先以塑性 屈曲方式发生变形, 而不以屈服方式变形, 亦即试样 的变形更接近于薄壁结构的变形, 故其初始压缩强 度可按屈曲临界应力公式( 5) 计算 ;首先变形是以塑 性屈服形式, 还是以塑性屈曲形式, t w/a 是主要的 影响因素 .对本文研究的 Q215 普碳钢(真空钎焊后 的强度只有 165 MPa)蜂窝夹芯板, 两曲线的交点为 t w/a =0.042 7, 即 t w/a >0.042 7 时, AB 段以塑性 屈服方式首先变形 ;t w/a <0.042 7 时, AB 段以塑 性屈曲方式首先变形 .因此, 可以认为 A 点是塑性 屈服或屈曲的开始点, 该点所对应的强度可以称为 初始压缩强度.塑性变形达到 B 点时, 应力即达到 峰值应力, 此点所对应的应力值可称为峰值抗压强 度.此后, 塑性变形主要以屈曲方式进行, 此时, 一 部分胞壁开始折叠, 应力随之开始下降, 直到 C 点, 部分胞壁完全折叠.之后, 随变形量加大, 应力开始 发生波动, 其半波波长与 t w/ a 和试样高度有很大 关系, 通常存在几个波峰和波谷.根据本文的研究, 厚度为 25 mm 以上的试样一般形成两个波峰和两 个波谷(如图 4 和图 6), 而厚度为 15 mm 的试样只 有一个波峰明显, 另一个波峰不明显, 峰谷之间过渡 平滑( 如图 5 和图 7), 这种后屈曲行为的研究有待 进一步进行 .当胞壁完全屈曲折叠后, 应力便迅速 升高 .可以认为, 与峰值应力 B 点等值的D 点是压 实阶段的开始, 自 D 点后试样被进一步压实, 直到 密度近似等于实体材料的密度为止 . 4 结论 通过对普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩实验研究 发现, 普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩变形可分为三 个阶段, 即弹性变形阶段 、塑性变形阶段和压实阶 段 .塑性变形初期又存在塑性屈服变形和塑性屈曲 变形之分, 其变形模式主要受胞壁厚度与胞壁边长 的比值 t w/ a 的影响;对本文研究的 Q215 普碳钢蜂 窝夹芯板, 比值 t w/ a =0.042 7 是临界值, 即 t w/ a >0.042 7 时塑性变形初期以塑性屈服方式进行, t w/ a <0.042 7 时塑性变形初期以塑性屈曲方式进 行 ;塑性变形后期主要以屈曲方式进行 .在蜂窝结 构参数对其性能的影响中, 胞壁厚度对初始压缩强 度和峰值抗压强度的影响最大, 胞壁边长的影响次 之, 而面板和夹芯厚度的影响很小. 参 考 文 献 [ 1] Gibson L J, Ashby M F .Cellular S olids:Structu re and proper￾ties.2nd ed.Camb ridge:Cambridge Universit y Press, 1997:2 [ 2] 陈勇军, 左孝青, 史庆南, 等.金属蜂窝的开发、发展及应用. 材料导报, 2003, 17( 12) :32 [ 3] 周祝林, 徐玉珍, 孙佩琼.复合材料平板及蜂窝芯综合性能测 试与分析.纤维复合材料, 2002 ( 4) :17 [ 4] 周祝林.蜂窝芯子密度及平压强度的理论分析和实验比较. 上海硅酸盐, 1995( 1) :15 [ 5] 周祝林, 王亚熊.夹层结构或芯子平压实验方法( 国标 GB/ T1453) 实验验证研究分析.玻璃钢, 2004( 1) :5 [ 6] 富明慧, 尹久仁.蜂窝芯层的等效弹性参数.力学学报, 1999, 31( 1) :113 [ 7] 孙亚平, 卢立新, 蔡和平.纸蜂窝结构平压性能的实验研究. 包装工程, 2003, 24( 1) :14 [ 8] 孙亚平, 卢立新.纸蜂窝结构参数对面外承载能力的影响.江 南大学学报:自然科学版, 2004, 3( 1) :52 [ 9] 程小全, 寇长河, 郦正能.复合材料夹芯板低速冲击后弯曲及 横向静压特性.复合材料学报, 2000, 17( 2) :114 [ 10] 徐胜今, 孔宪仁, 王本利, 等.正交异性蜂窝夹层板动、静力 学问题的等效分析方法.复合材料学报, 2000, 17( 3) :92 [ 11] Wadley H N G, Fleck N A, Evans A G .Fabrication and struc￾tural performance of periodi c cellular metal sandwich structu res. 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