縫合泡沫夾層復合材料低速沖擊性能研究.pdf

1、縫合泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復合材料在工程中的應用比較晚，直到21世紀初才被提出，它是在傳統(tǒng)泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的基礎上引入厚度方向的增強纖維縫線，在保留傳統(tǒng)泡沫夾層結(jié)構(gòu)輕質(zhì)、高比強度、高比剛度及優(yōu)良的抗沖擊、隔熱、隔音等特性的同時克服了夾芯板結(jié)構(gòu)易分層的缺陷，提高了層板的抗沖擊性能，同時由于樹脂在縫線處富集形成樹脂柱使夾芯板仍具有優(yōu)良的面內(nèi)性能，具有更為廣闊的應用前景。縫合泡沫夾層復合材料中由于縫線的引入使得夾層結(jié)構(gòu)損傷形式變得更為復雜，低速沖擊過程中涉

2、及到?jīng)_擊物、面板、泡沫夾芯及縫線樹脂柱四者的相互作用，研究低速沖擊下的沖擊響應過程、破壞行為及沖擊過程中各個影響因素的作用機理對于縫合泡沫夾層復合材料的結(jié)構(gòu)設計具有重要的指導意義，是泡沫夾層結(jié)構(gòu)復合材料在航空航天、船舶、汽車等方面進一步應用的理論基礎。本文就縫合泡沫夾層復合材料低速沖擊的研究主要做了下面幾個方面的工作：
　　(1)采用改進的鎖式縫合方法縫制出符合要求的預成型體，并由VARTM工藝加工成型，通過儀器化落錘沖擊試驗裝置

3、依據(jù)ASTM D7136標準分別對縫合及未縫合泡沫夾層結(jié)構(gòu)分別進行5J和10J能量的低速沖擊實驗。對有、無縫合泡沫夾層復合材料和不同沖擊能量下的低速沖擊結(jié)果差異進行了對比分析，并為后面的低速沖擊數(shù)值模擬分析提供了參考依據(jù)。
　　(2)在ABAQUS分析平臺中建立了縫合泡沫夾層復合材料在低速沖擊下的動力學有限元模型，采用桿單元模擬縫線樹脂柱的作用，基于Hashin破壞準則模擬層板面內(nèi)損傷，通過各向同性硬化本構(gòu)模型利用等效塑性變形模擬

4、泡沫夾芯損傷演化。針對相同鋪層的縫合和未縫合泡沫夾層結(jié)構(gòu)，模擬了相同沖擊能量下的低速沖擊響應過程及面板、泡沫的損傷情況，數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好，證明了該方法的有效性和準確性。
　　(3)對影響縫合泡沫夾層復合材料低速沖擊損傷的各種因素進行了數(shù)值模擬，研究了沖擊物質(zhì)量、沖擊速度、泡沫夾芯厚度、纖維面板厚度、縫合密度及縫針直徑等因素對縫合泡沫夾層復合材料低速沖擊損傷的影響。為進一步了解縫合泡沫夾層復合材料低速沖擊作用機制和對抗沖擊