一體化仿生蜂窩板的基本力學(xué)性能研究.pdf

1、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)（蜂窩板）由于具有輕質(zhì)、比強(qiáng)度和比剛度高、可設(shè)計(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在航空航天、交通、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。以往蜂窩板的面板和芯層通常是單獨(dú)制作，然后通過粘結(jié)或機(jī)械方法連接成整體（多體成型法），因此存在面板與芯層界面的薄弱問題。陳錦祥教授受甲蟲前翅中的一體化蜂窩結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，提出了一體化仿生蜂窩板的技術(shù)，有效解決了上述的問題。為此，本文首先闡述了一體化蜂窩板制備技術(shù)在本研究室甲蟲仿生材料的研究開發(fā)中的定位;其次，通過對長、短纖維

2、增強(qiáng)的復(fù)合材料蜂窩小柱的壓縮和剪切的實(shí)驗(yàn)研究，考察了所仿制蜂窩板的仿真效果及其力學(xué)性能;最后，利用蜂窩板有兩個(gè)面板的特點(diǎn)，制備了單側(cè)膠蜂窩板，由此對仿生一體化蜂窩板與多體成型蜂窩板的力學(xué)性能進(jìn)行了分析。全文除前言和結(jié)論外，分成如下三個(gè)方面進(jìn)行了論述。
　　(1)對本研究室中甲蟲前翅的結(jié)構(gòu)及其仿生材料的開發(fā)進(jìn)展情況作了較為全面的歸納和闡述。由此明確了一體化仿生蜂窩板技術(shù)在本研究室的甲蟲仿生中的定位，同時(shí)為同行了解本研究室的甲蟲前翅仿

3、生進(jìn)展情況提供了一個(gè)方便和快速的通道。
　　(2)為了探討本次仿制過程中用短纖維替代生物原型中的長纖維所造成的失真程度，通過對長、短纖維增強(qiáng)小柱的壓縮和剪切的實(shí)驗(yàn)研究，考察了它們的破壞形態(tài)和力學(xué)性能，據(jù)此探討了仿生一體化蜂窩板在壓縮和剪切力學(xué)性能上的仿真效果及其力學(xué)特性。結(jié)果表明:壓縮和剪切強(qiáng)度的接近程度約為80％和70％。但與現(xiàn)有的同類仿真樣品相比，質(zhì)量比強(qiáng)度有顯著提高，因此此種仿制方法仍然是目前最為有效的;在抗壓剛度上，接近程

4、度約為85％;在抗剪切剛度上則更為接近，特別是第二階段高達(dá)200％以上。這是由于在剪切階段Ⅱ，與剪切荷載成一定角度或平行排列的纖維，以受拉的受力形式發(fā)揮了纖維拉伸強(qiáng)度大的優(yōu)勢所致。
　　(3)通過對單側(cè)膠接蜂窩板的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，考察了仿生蜂窩板的壓縮和彎曲力學(xué)特性。結(jié)果表明:即便蜂窩板發(fā)生（蜂窩芯）受壓破壞，也不出現(xiàn)突然壓癱而導(dǎo)致載荷快速下降的現(xiàn)象，并比張氏等用針釓方法制備的同類仿生夾芯板具有更好的壓縮性能;在彎曲性能上，膠接面的存在