金字塔点阵夹芯结构的精细优化设计、一体化制备工艺及缺陷敏感性分析

飞行器减轻重量、增加有效载荷的目的，发展先进轻质复合材料结构，实现结构轻量化和多功能化是迫切需要解决的科学问题。碳纤维复合材料格栅结构和点阵结构兼备轻量化和多功能化特点，是当前国际学术界公认的最有前景的新一代超轻质高强结构之一。在本项目中，我们开展了金字塔点阵夹芯结构的优化设计、制备及缺陷敏感性的研究工作。. 首先, 三种不同构型的点阵夹芯结构（波纹条夹芯结构、0090型金字塔夹芯结构和4545型金字塔夹芯结构）被提出，并对其在压剪载荷作用下的变形机理进行了数值分析，发现了其主导变形为压缩变形或剪切变形；建立了基于芯条压缩失效和剪切失效的等效剪切性能分析模型，获得了其等效性能的理论表达式；并基于性能协调理念，对三种夹芯结构进行了优化设计，确定了夹芯结构的构形参数之间的定量关系。. 随后，利用四种制备工艺（硅橡胶软模法、混合模具法、嵌锁组装法和二次热压法）分别制备了波纹板夹芯结构、空心金字塔夹芯结构和改进的金字塔夹芯结构。在此基础上，对四种夹芯结构在不同载荷（平压载荷、侧压载荷、弯曲载荷和剪切载荷）条件下的力学性能进行了测试和分析，获得了其在不同载荷条件下的失效模式。结果表明，改进后的金字塔点阵夹芯结构更适合采用二次热压工艺来制备。. 最后，对改进后的金字塔点阵夹芯结构在剪切载荷、弯曲载荷和侧压载荷下的应力场进行了模拟分析,比较了不同缺陷下应力场的分布规律，并发现局部缺陷(界面脱胶、杆件缺失和单胞缺失）对结构的应力分布影响基本都较小。采用内聚力模型，对含不同缺陷的改进后的金字塔点阵夹芯结构的强度进行了模拟分析，发现脱胶对结构的强度影响较大。