芳纶蜂窝芯高温蠕变行为与几何特性影响:本构模型构建与机理研究

【字体: 时间:2025年09月05日 来源:Polymer Composites 4.7

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  为解决芳纶蜂窝芯在120°C和180°C二次粘接中产生的不可逆变形问题,研究人员通过设计平面压缩蠕变实验装置,揭示了塑性铰形成驱动的蠕变机制。基于MATLAB拟合的Findley幂律模型,开发出融合几何特征的温度依赖型Enhanced Findley Model(拟合精度>98%),并通过FORTRAN 77编写的CREEP子程序实现ABAQUS集成。研究发现六边形拓扑结构蠕变敏感性最高,三角形结构抗蠕变性能最优,为航空航天复合材料工艺优化提供理论支撑。

  

芳纶蜂窝芯(Aramid honeycomb cores)在120°C和180°C二次粘接过程中会出现超出公差范围的不可逆变形,就像被高温"施了魔法"的蜂巢结构。科研团队巧妙设计了平面压缩蠕变实验装置,成功复现了加工过程中的热机械载荷(thermomechanical loading)条件。实验发现这些变形其实是材料在"偷偷"发生蠕变(creep behavior),其秘密在于塑性铰(plastic hinges)的逐步形成。

通过MATLAB对时间依赖性蠕变曲线进行"解码",Findley幂律模型(Findley power-law)脱颖而出成为最佳选择。研究者们脑洞大开,将蜂窝芯的几何特征参数融入模型,打造出温度依赖型的Enhanced Findley Model,其98%以上的拟合精度堪称"分子尺度的裁缝"。更厉害的是,他们用FORTRAN 77编写了CREEP子程序,让ABAQUS仿真软件获得了"预测未来变形"的超能力。

在探索几何特性的影响时,发现六边形拓扑(hexagonal topology)就像"蠕变界的海绵",而三角形结构(triangular topology)则展现出"变形抵抗者"的潜质。研究还揭示了一个有趣的规律:随着壁长增加,蠕变应变像坐滑梯一样上升;壁厚增加时又像踩刹车般下降;而膨胀角(expanding angle)的变化则带来非线性的"过山车效应"。这些发现为航空航天领域复合材料工艺优化提供了精准的"变形导航图"。

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