復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能.pdf

1、復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)以其諸多的優(yōu)良性能，被廣泛地應(yīng)用于航空、航天等高科技領(lǐng)域。對復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的研究是一個(gè)十分重要的問題，直接關(guān)系到這類結(jié)構(gòu)在工程中是否安全可靠。經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者們的不懈努力，對夾芯結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的研究已取得了豐富的成果，但新型復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)對夾芯結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的研究提出了更高的要求。
　　本文針對纖維柱增強(qiáng)泡沫夾芯結(jié)構(gòu)和碳纖維點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)，從準(zhǔn)靜態(tài)壓陷、低速沖擊、剩余強(qiáng)度及高速撞擊等四個(gè)方面對其進(jìn)行了

2、理論、數(shù)值及實(shí)驗(yàn)研究。具體研究內(nèi)容：
　　第一章，詳細(xì)介紹了復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的國內(nèi)外研究進(jìn)展，其中著重介紹了碳纖維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在制備和力學(xué)性能研究方面的現(xiàn)狀和已取得的一些重要結(jié)果。最后闡述了本文的研究目的和意義。
　　第二章，針對纖維柱增強(qiáng)泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)靜態(tài)壓陷性能進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。采用疊加原理，推導(dǎo)了復(fù)合材料泡沫夾芯梁和纖維柱增強(qiáng)泡沫夾芯梁的準(zhǔn)靜態(tài)壓陷表達(dá)式。根據(jù)最小勢能原理，預(yù)報(bào)了纖維柱增強(qiáng)泡沫夾芯板的準(zhǔn)靜態(tài)壓陷響應(yīng)，

3、并將理論預(yù)報(bào)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。通過與傳統(tǒng)泡沫夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，揭示了纖維柱增強(qiáng)泡沫夾芯結(jié)構(gòu)在抵抗局部壓陷載荷方面具有的獨(dú)特優(yōu)勢。
　　第三章，從數(shù)值和實(shí)驗(yàn)角度對碳纖維點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的低速沖擊性能進(jìn)行了研究。通過落錘實(shí)驗(yàn)研究了不同能量、不同沖擊位置對復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)低速沖擊響應(yīng)的影響。采用ABAQUS有限元軟件，研究了點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)和破壞模式。最后，將數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比分析。
　　在第三章的研

4、究基礎(chǔ)上，第四章首先研究了碳纖維層合板沖擊后的剩余拉伸強(qiáng)度問題。將顯式有限元方法和用戶子程序用于對準(zhǔn)靜態(tài)問題的計(jì)算中，提高了破壞模擬的精度與效率。通過數(shù)值計(jì)算，層合板剩余拉伸強(qiáng)度的退化分為三個(gè)階段，確定了碳纖維層合板在不同沖擊能量后的拉伸破壞模式。將這一思想引入到碳纖維點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度分析中，模擬了結(jié)構(gòu)的拉伸破壞，確定了沖擊能量閥值，并改變了復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的沖擊能量閥值只能通過實(shí)驗(yàn)手段來確定的現(xiàn)狀。最后研究了不同鋪層角度對碳纖維

5、點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度的影響，為復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與使用提供了有益的指導(dǎo)。
　　第五章，對碳纖維層合板和碳纖維點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)的高速撞擊性能進(jìn)行了研究。在相同的沖擊能量和沖擊速度下，比較了不同厚度碳纖維層合板的撞擊能量吸收率。為了客觀地評價(jià)碳纖維層合板的能量吸收性質(zhì)，我們對將金屬單板與碳纖維層合板的撞擊能量吸收率進(jìn)行了對比，得到了一系列有益的結(jié)論。在金屬點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)與碳纖維點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)撞擊能量吸收率的比較中也存在著相同的結(jié)論。隨