纖維柱增強復合材料夾芯結構的制備工藝及力學性能研究.pdf

1、夾芯結構通常是由上下兩層高強度、高模量的薄面板和中間較厚的輕質芯材組成，由于其結構合理、比剛度大、比強度高、可設計性好等優(yōu)點，目前已經被廣泛應用于航天航空、船舶、高速交通等領域。傳統(tǒng)的夾芯結構多是通過焊接或膠接的方法將面板和芯子連接在一起，這樣既增加了制造成本又導致面芯界面較為薄弱。為了解決傳統(tǒng)夾芯結構面芯界面薄弱的問題，本文采用一體化方法制備了纖維柱增強泡沫夾芯結構和全復合材料點陣夾芯結構兩種新型復合材料夾芯結構，并通過實驗表征和理論

2、分析的方法研究了其基本的力學性能。
　　在第一章中，本文對泡沫夾芯結構的Z向增強技術、點陣夾芯結構的制備工藝及力學性能的研究進行了較為詳細的回顧和綜述，并闡述了本課題研究的目的和意義。
　　在第二章中，應用VARTM注射一體化成型工藝，制備了纖維柱增強泡沫夾芯結構。對5種不同纖維柱含量的夾芯結構進行了壓縮、三點彎曲和剪切實驗研究。研究結果表明，纖維柱的引入可以有效提高泡沫夾芯結構的力學性能，尤其能彌補由于泡沫芯材強度和剛度較

3、低而帶來的夾芯結構抗剪切和平壓性能較差的不足，從而提高了夾芯結構的彎曲性能。
　　纖維柱的引入可以提高泡沫夾芯結構的力學性能，但如何影響并不清楚。在第三章中，建立了纖維柱增強泡沫夾芯結構的細觀力學模型，采用引入修正系數的Mori-Tanaka方法有效預報了纖維柱增強泡沫芯子的法向彈性模量和橫向剪切模量，并探討了纖維柱內纖維體積含量和纖維柱直徑的變化對芯子彈性性能的影響。
　　纖維柱增強泡沫夾芯結構芯子中主要承載的是纖維柱，泡

4、沫只是起到固定纖維柱和輔助成型的作用，如果將纖維柱增強泡沫夾芯結構芯子中的泡沫去除，只保留纖維柱，這樣在不削減夾芯結構力學性能的同時，又能在芯子中留出空間用作多功能夾芯結構。這種中空的夾芯結構即點陣夾芯結構。點陣夾芯結構由于其密度低、力學性能優(yōu)異且可作為多功能結構而成為力學和材料研究者研究的熱點。目前對點陣夾芯結構的研究主要是金屬點陣夾芯結構，而復合材料與金屬材料相比具有密度低，比強度大，比剛度高以及可設計性好等優(yōu)點，因此研究全復合材料

5、點陣夾芯結構具有更大的應用價值和科學意義。在第四章中，設計并采用預浸料一體化熱壓成型工藝制備了直柱型、傾斜型和三維金字塔全復合材料點陣夾芯結構。
　　對三種點陣夾芯結構進行了平壓、剪切和側壓實驗，觀察了其典型的失效模式。在平壓和剪切載荷作用下，主要失效模式為點陣柱的屈曲和壓潰。側壓載荷作用下，主要是結構的整體屈曲、面板局部皺曲和面板分層。沒有觀察到傳統(tǒng)點陣夾芯結構面芯結點的失效。通過對點陣芯子的代表性單胞施加正應力和剪應力，采用材