研究蜂窝夹芯结构的面板和芯子的脱胶损伤问题的课程报告
1、 问题描述
研究蜂窝夹芯结构的面板和芯子的脱胶损伤问题，蜂窝夹芯结构由上面板、下面板、胶膜及芯子组成，通过ANSYS进行数值模拟。以承受板芯剥离方向载荷并含脱胶的蜂窝夹芯板为算例，整个模拟的尺寸为100*100*14.1(mm)。上、下面板为8层层合板（厚度为8*0.15mm，其层合顺序为[0/45/-45/90]s），并附加1层胶层（厚度为0.35mm），用壳单元模拟。中间为蜂窝芯子（厚度为12.5mm），其中芯子尺寸：边长为2.75mm，高为12.5mm，厚度为0.05mm，缺陷直径为30mm，用壳单元模拟。假定在整个结构的中心区域含有一个半径为r的脱胶区域，计算中上面板加1Mpa的均匀拉力，下面板固支。其他面为自由边界条件。其中，r根据自己建模的实际情况自定。
表1 蜂窝夹芯板材料力学性能
| 模量/ |
| |||
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面 板 | 145 | 11.8 | 11.7 | 4.2 | 0.29 |
芯子材料 | 2.0 | | | | 0.25 |
胶 膜 | 4.5 | | | | 0.34 |
2、建立模型
模型建立使用ANSYS进行模型建立，我们组的数据为其他变量不变，变厚度，厚度分别为（0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05），本次实验报告所取的厚度为0.025.
图1-1 模型的立体图
图1-2模型的主视图
网格划分：
图1-3 上面板网格划分
图1-4 整体网格划分
施加约束（载荷）：
如图所示，上面板施加1Mpa的均匀拉力，下面板固支：
图1-5 施加约束
3、有限元结果分析
受力方向位移图（整体）：
图1-6 上层板的位移
图1-7 下层板的位移
上面板的位移最大值出现在中心脱胶区域，因为下层板存在约束，会导致整个下层板有一定程度上的翘曲。
胶层的剪切强度相对与其拉伸强度要弱很多，因此这里主要分析含脱胶缺陷结构的胶层的剪切破坏，取剪切强度为68.6Mpa。
11.7<68.6
结论是不发生破坏
Mises应力图（上层面板每层、胶层、芯子分别显示）：
（1）胶层：
（2）上层面板:
图2-1第一层
图2-2第二层
图2-3第三层
图2-4第四层 
图2-5第五层
图2-6第六层
图2-7第七层
图2-8第八层
芯子：
图3-1 芯子应力立体图
图3-2 芯子应力侧视图
4.本组其他人员对照
表4-1 位移极值与芯子厚度
组员编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
芯子厚度mm | 0.02 | 0.025 | 0.03 | 0.035 | 0.04 | 0.045 | 0.05 |
位移极值 Mpa | 1.48551 | 1.27499 | 1.1321 | 1.0261 | 0.92999 | 0.865769 | 0.813209 |
表4-2应力极值与芯子厚度
组员编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 7 | 8 |
芯子厚度mm | 0.02 | 0.025 | 0.03 | 0.035 | 0.04 | 0.045 | 0.05 |
上面板应力极值Mpa | 3.94E+08 | 3.84E+08 | 3.68E+08 | 3.59E+08 | 2.93E+08 | 2.87E+08 | 2.82E+08 |
（3）
表4-3胶层应力极值与芯子厚度
组员编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 7 | 8 |
芯子厚度mm | 0.02 | 0.025 | 0.03 | 0.035 | 0.04 | 0.045 | 0.05 |
上面板应力极值Mpa | 4.27E+07 | 4.15E+07 | 3.99E+07 | 3.88E+07 | 3.47E+07 | 3.40E+07 | 3.34E+07 |
数据分析
在其他条件不变的情况下，中心脱胶区域位移大致与芯子厚度成线性关系，上面板应力极值与芯子厚度成线性关系。随着芯子的厚度的增大，最大位移逐渐变小。板内最大应力也变大。影响数据不同的原因是材料的属性，尺寸等，以及芯子厚度的不同。由图像看到，随着芯子厚度的变大，位移极值和板内应力在减小。
