STUDY ON THE CRACK EXPANSION LAW OF LAMINATED POROUS STRUCTURE

XU Shuang; DENG Qingtian; LI Wangfei; LI Xinbo; SONG Xueli; WEN Jinpeng

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

STUDY ON THE CRACK EXPANSION LAW OF LAMINATED POROUS STRUCTURE

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2025-02-28

- STUDY ON THE CRACK EXPANSION LAW OF LAMINATED POROUS STRUCTURE
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 2, Pages: 28-36(2025)
- 作者机构：
  
  1.长安大学理学院，西安 710064
  2.长安大学西安市结构损伤数字化检测技术重点实验室，西安 710064
  3.中国工程物理研究院总体工程研究所，绵阳 621900
- 作者简介：
  
  DENG Qingtian, E-mail: dengqt@chd.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China-Chinese Academy of Engineering Physics NSAF Joint Fund(U1930204)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.004
  CLC： O341
- Received：29 May 2023，
  
  Revised：05 August 2023，
  
  Published：15 February 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
许爽，邓庆田，李旺斐，等. 层合多孔结构的裂纹扩展规律研究［J］. 机械强度，2025，47（2）：28-36.

XU Shuang，DENG Qingtian，LI Wangfei，et al. Study on the crack expansion low of laminated porous structure［J］.Journal of Mechanical Strength，2025，47（2）：28-36.
许爽，邓庆田，李旺斐，等. 层合多孔结构的裂纹扩展规律研究［J］. 机械强度，2025，47（2）：28-36. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.004.

XU Shuang，DENG Qingtian，LI Wangfei，et al. Study on the crack expansion low of laminated porous structure［J］.Journal of Mechanical Strength，2025，47（2）：28-36. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.004.

摘要

基于六边形和内凹形两种基本构型，采用实验测试和有限元仿真的方法，对三点弯曲作用下层合多孔结构裂纹扩展规律进行了研究，讨论了胞元铺设方向的角度对层合多孔结构破坏形式、承载力和变形的影响。结果表明，双层模型的裂纹扩展路径会向裂纹扩展抑制能力较弱层的裂纹扩展路径偏转；强度低的一侧会发生更大的变形，从而导致模型向强度高的一侧偏转；在一些角度组合下，双层模型承载力和韧性相较于对应的单层模型有明显提升。

Abstract

Based on two basic configurations of hexagonal and inner concave shapes

by utilizing experimental test and finite element simulation method

the crack expansion law of laminated porous structures under three-point bending was studied

the influence of cellular element angle of laying direction on failure mode

load capacity

and deformation of the laminated porous structures was discussed. The results indicate that the crack expansion path in the bilayer model deviates towards the weaker layer with less crack expansion inhibition capability. The weaker side experiences greater deformation

leading to a deviation of the model towards the stronger side. Under certain angle combinations

the bilayer model shows significantly improved load-bearing capacity and toughness compared to the corresponding single-layer model.

关键词

Keywords

references

杨智春，邓庆田 . 负泊松比材料与结构的力学性能研究及应用［J］. 力学进展， 2011 ， 41 （ 3 ）： 335 - 350 .

YANG Zhichun ， DENG Qingtian . Mechanical properties of materials and structures with negative Poisson’s ratio and applications ［J］. Advances in Mechanics ， 2011 ， 41 （ 3 ）： 335 - 350 . （In Chinese）

刘培生 . 多孔材料引论［M］. 2版 . 北京：清华大学出版社， 2004 ： 1 - 20 .

LIU Peisheng . Introduction to porous materials ［M］. 2nd ed . Beijing ： Tsinghua University Press ， 2004 ： 1 - 20 . （In Chinese）

李政鸿，徐武，张晓晶，等 . 多孔多裂纹平板的疲劳裂纹扩展试验与分析方法［J］. 航空学报， 2018 ， 39 （ 7 ）： 149 - 157 .

LI Zhenghong ， XU Wu ， ZHANG Xiaojing ， et al . Fatigue crack extension test and analysis method for porous multi-cracked flat plates ［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica ， 2018 ， 39 （ 7 ）： 149 - 157 . （In Chinese）

应宇轩，黄玮，马玉娥，等 . 基于相场法的周期性多孔结构断裂行为研究［J］. 力学学报， 2022 ， 54 （ 12 ）： 3430 - 3443 .

YING Yuxuan ， HUANG Wei ， MA Yu’e ， et al . Fracture behavior of periodic porous structures by phase field method ［J］. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics ， 2022 ， 54 （ 12 ）： 3430 - 3443 . （In Chinese）

JELITTO H ， SCHNEIDER G A . A geometric model for the fracture toughness of porous materials ［J］. Acta Materialia ， 2018 ， 151 ： 443 - 453 .

FAN T Y ， HU H Y ， TANG Z Y . Plastic analysis of central crack specimen of cellular/foam materials ［J］. Engineering Fracture Mechanics ， 2013 ， 99 （ 1 ）： 79 - 86 .

张欣茹，邓庆田，李新波，等 . 预制裂纹参数及相对密度对平面多孔结构裂纹扩展的影响［J］. 实验力学， 2023 ， 38 （ 1 ）： 68 - 80 .

ZHANG Xinru ， DENG Qingtian ， LI Xinbo ， et al . Influences of prefabricated crack parameters and relative density on crack propagation in planar cellular structures ［J］. Journal of Experimental Mechanics ， 2023 ， 38 （ 1 ）： 68 - 80 . （In Chinese）

张欣茹，邓庆田，李新波，等 . 平面多孔结构裂纹扩展研究［J］. 塑性工程学报， 2022 ， 29 （ 4 ）： 158 - 167 .

ZHANG Xinru ， DENG Qingtian ， LI Xinbo ， et al . Study on crack propagation of plane cellular structures ［J］. Journal of Plasticity Engineering ， 2022 ， 29 （ 4 ）： 158 - 167 . （In Chinese）

GIBSON L J ， ASHBY M F . Cellular solids： structure and properties ［M］. Cambridge University Press ， 1997 ： 101 - 140 .

付君健，舒正涛，田启华，等 . 功能梯度多孔结构拓扑优化的混合水平集方法［J］. 机械工程学报， 2022 ， 58 （ 17 ）： 249 - 260 .

FU Junjian ， SHU Zhengtao ， TIAN Qihua ， et al . A hybrid level set method for topology optimization of functional graded cellular structures ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2022 ， 58 （ 17 ）： 249 - 260 . （In Chinese）

MANNO R ， GAO W ， BENEDETTI I . Engineering the crack path in lattice cellular materials through bio-inspired microstructural alte-rations ［J］. Extreme Mechanics Letters ， 2019 ， 26 ： 8 - 17 .

SHU X ， MAO Y Q ， LEI M ， et al . Toughness enhancement of honey-comb lattice structures through heterogeneous design ［J］. Materials & Design ， 2022 ， 217 ： 110604 .

SUN D L ， YU X C ， LIU W J ， et al . Laminated biomorphous SiC/Si porous ceramics made from wood veneer ［J］. Materials & Design ， 2012 ， 34 （ 2 ）： 528 - 532 .

LIU Z ， WEI C ， WANG P ， et al . Enhanced mechanical properties of laminated ZrB2-SiC ceramics with porous Si3N4 interface ［J］. Ceramics International ， 2020 ， 46 （ 10 ）： 17003 - 17009 .

肖鹏程，邓健，王增贤，等 . 超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料层合板层间断裂韧性［J］. 复合材料学报， 2023 ， 41 ： 1 - 11 .

XIAO Pengcheng ， DENG Jian ， WANG Zengxian ， et al . Interlaminar fracture toughness of ultra-high molecular weight polyethylene fiber reinforced composite laminates ［J］. Acta Materiae Compositae Sinica ， 2023 ， 41 ： 1 - 11 . （In Chinese）

朱怀亮，梁思辉，余磊 . 非规则多孔介质材料层合板的力学性能研究［J］. 南京理工大学学报， 2006 ， 30 （ 3 ）： 265 - 268 .

ZHU Huailiang ， LIANG Sihui ， YU Lei . Mechanical properties of non-regular holey laminated materials ［J］. Journal of Nanjing University of Science and Technology ， 2006 ， 30 （ 3 ）： 265 - 268 . （In Chinese）

赵丽滨，龚愉，张建宇 . 纤维增强复合材料层合板分层扩展行为研究进展［J］. 航空学报， 2019 ， 40 （ 1 ）： 166 - 194 .

ZHAO Libin ， GONG Yu ， ZHANG Jianyu . A survey on delamination growth behavior in fiber reinforced composite laminates ［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica ， 2019 ， 40 （ 1 ）： 166 - 194 . （In Chinese）

牟浩蕾，张雪晗，宋东方，等 . 复合材料层合结构破坏机理及压溃吸能特性分析［J］. 振动与冲击， 2018 ， 37 （ 22 ）： 194 - 200 .

MOU Haolei ， ZHANG Xuehan ， SONG Dongfang ， et al . Damage mechanism and energy-absorption characteristics of composite laminated structures ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2018 ， 37 （ 22 ）： 194 - 200 . （In Chinese）

马南芳 . 轴向载荷下层合蜂窝板壳结构的力学性能［D］. 西安：长安大学， 2022 ： 1 - 20 .

MA Nanfang . Mechanical properties of laminated honeycomb structures under axial load ［D］. Xi’an ： Chang’an University ， 2022 ： 1 - 20 . （In Chinese）

贺璞，邓庆田，李新波，等 . 层合多孔圆柱壳轴向压缩实验与仿真研究［J］. 机械强度， 2023 ， 45 （ 1 ）： 43 - 49 .

HE Pu ， DENG Qingtian ， LI Xinbo ， et al . Experimental study and simulation on axial compression of laminated cellular cylindrical shell ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 1 ）： 43 - 49 . （In Chinese）

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

INFLUENCE OF MATERIAL PARAMETER MISMATCH ON CRACK PROPAGATION IN COMPOSITE LAMINATES

Related Author

LI YouTang

YANG Jia

ZHANG ZhanTao

Related Institution

College of Mechanic Electronic Engineering,Lanzhou University of Technology

⁰