基于碳纖維復(fù)合材料的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)及力學(xué)性能研究.pdf

1、甲蟲經(jīng)過億萬(wàn)年的不斷進(jìn)化,其鞘翅進(jìn)化出了具有與周圍環(huán)境相適應(yīng)的特殊結(jié)構(gòu)和功能。研究表明甲蟲鞘翅是一種輕質(zhì)高強(qiáng)耐損傷的生物材料,已成為近年來研究新型輕質(zhì)多功能結(jié)構(gòu)材料的主要仿生對(duì)象之一。
　　本文根據(jù)鞘翅的空腔-空心小柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于環(huán)氧樹脂基碳纖維的仿生輕質(zhì)結(jié)構(gòu);綜合考慮復(fù)合材料的制備工藝和仿生結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和加工,并確定其加工工藝;最后采用模壓成形和共固化膠接法,制備了這種仿生輕質(zhì)結(jié)構(gòu)試樣。
　　對(duì)仿生輕質(zhì)

2、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn),得到其載荷力-位移曲線。同時(shí)利用有限元法對(duì)仿生輕質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了壓縮力學(xué)性能分析,并將壓縮的有限元分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,證明了有限元分析的正確性和可靠性。進(jìn)一步利用有限元法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了平面剪切力學(xué)性能分析,剪切分析結(jié)果表明仿生輕質(zhì)結(jié)構(gòu)能承受的最大平面剪切力為6079.39 N。
　　進(jìn)一步采用響應(yīng)面法對(duì)仿生輕質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮和剪切載荷條件下的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先確定設(shè)計(jì)變量,采用拉丁超立方試驗(yàn)法設(shè)計(jì)