芯材拼接对天线罩夹芯板力学性能的影响

为考查芯材拼接对舰船复合材料天线罩夹芯板力学性能的影响,设计系列试验对比研究芯材拼接对夹芯板的极限承载能力、复杂稳定性和破坏模型的影响.结果发现:芯材拼接主要影响结构的破坏模式和破坏载荷;极限承载试验中芯材拼接易诱发分层破坏,进而导致蒙皮拉伸断裂,且使承载极限降低11.5%;复杂稳定性试验的主要破坏模式为贯穿型和局部型蒙皮压缩破坏,芯材拼接对破坏模式的影响表现为破坏位置的差异,且复杂屈曲载荷降低28.6%;工艺的复杂化使夹芯板力学性能的离散性升高.     

碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的弯曲特性分析

通过三点弯曲实验研究,得到了碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的弯曲性能以及破坏机理。并采用逐渐累积损伤方法对泡沫夹芯结构弯曲载荷进行了预测,结果发现:模拟与试验结果较吻合,弯曲载荷误差为6.31%。研究结果表明:有限元数值模拟能够准确地得到泡沫夹芯复合材料在压缩过程中的损伤扩展,并最终预测碳纤维/PMI泡沫夹芯复合材料的最大破坏载荷和破坏趋势。     

薄蜂窝复合材料夹芯结构侧压性能研究

对不同构型薄蜂窝复合材料夹芯结构侧向压缩响应进行了试验研究,研究参数包括芯材高度、芯材密度和面板刚度。结果表明,蜂窝芯材高度严重影响蜂窝结构失稳载荷和峰值载荷,而上下面板的刚度不对称性会严重降低失稳载荷却对峰值载荷影响不大。薄蜂窝复合材料夹芯结构的整体破坏过程与芯材密度、芯材高度均有关系,而受刚度不对称性影响不大。薄蜂窝复合材料夹芯结构在侧向压缩载荷下的主要失效模式是蜂窝芯材剪切破坏,通过高速摄像机对蜂窝局部进行观察,发现失效起始于单个蜂格的剪切破坏,导致其高度降低,继而引起上下两侧蜂格破坏,并且迅速扩展到上下约3个蜂格,导致载荷突降。若继续加载,破坏继续向两侧蜂格扩展,且载荷基本不变。     

泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏模式分析

为了提高波纹夹芯结构作为高铁车厢或油罐车罐体容器外壳在面内压缩载荷下的结构稳定性,提出了在波纹芯体空隙中填充聚酯泡沫的设想,理论研究了泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏行为,同时对面内压缩破坏进行了数值有限元验证。泡沫填充波纹夹芯梁面内压缩下的主要破坏模式为宏观弹塑性屈曲、面板弹塑性起皱2种模式。结合宏观尺度上芯体的均匀化等效弹性常数,建立宏观屈曲破坏的理论模型;将泡沫等效为Winkler弹性基,建立面板起皱破坏的理论模型。对304不锈钢波纹夹芯板和Rohacell 51泡沫填充材料,构建结构的破坏模式图,有限元计算结果从破坏模式和临界载荷2个方面验证了理论预测的可靠性。在此基础上,对泡沫填充波纹夹芯结构进行质量最小优化设计,获得结构的最优化几何尺寸。综合考虑承载、能量吸收、减振、隔热等多功能特性,相较于空心波纹夹芯结构和金字塔点阵夹芯结构,泡沫填充波纹复合结构具有潜在的重要工程应用价值。     

泡沫铝夹芯梁结构的高温3点弯曲力学性能研究

实验研究了泡沫铝夹芯梁结构在不同温度下的3点弯曲力学性能.通过引入Gibson模型构建夹芯梁架构在3点弯曲作用下的失效模式图,并将失效模式图扩展到高温情况下,得到泡沫铝夹芯梁的初始失效模式图随温度的变化趋势.结果发现,其他因素不变,随着温度的升高,夹芯梁结构更容易发生面板屈服失效模式,芯层剪切模式涉及的范围被大大压缩.根据修正的Gibson模型预测的夹芯梁结构的极限载荷和实验结果所得极限载荷比较发现,芯层剪切模式分析结果和实验数据很好地吻合,说明泡沫铝夹芯梁的最终失效破坏主要是由于芯层剪切引起的.     

纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体轴压力学模型及复合吸能机制

为了从结构力学角度揭示纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体在轴向压缩载荷作用下的复合吸能机制,建立了该结构的轴压力学模型,在考虑静力学平衡条件以及表层和芯材间位移协调条件的基础上,建立了表层侧向约束应力和芯材轴向压缩变形间的关系,重点分析侧向约束应力对结构损伤吸能机制的影响,探讨了表层和芯材设计参数间的影响规律.进一步开展的试验研究和破坏模式分析结果表明,该力学模型有效揭示了纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体的复合吸能机制,指导了该结构的参数化设计.      

具芳纶短纤维增韧界面的碳纤维夹芯结构性能、机理和分析

碳纤维夹芯结构常用作航空航天、交通车辆等运载工具的主承力结构,这类结构在服役过程中容易发生界面开裂,继而引发大面积脱粘、面板局部屈曲等破坏模式,严重影响结构的安全.使用芳纶短纤维对碳纤维夹芯结构的面-芯界面进行增韧,在夹芯结构制备过程中,在界面加入低密度芳纶短纤维薄膜,通过芳纶短纤维的桥联作用,提高界面的粘接性能.首先通过弯曲和压缩实验,对比了增韧和未增韧夹芯结构的荷载-位移曲线、破坏模式等响应,发现芳纶短纤维界面增韧可以大幅提高碳纤维夹芯结构的各项力学性能.其次,基于非对称双悬臂梁实验和扫描电镜观测,分析了芳纶短纤维的增韧效果和增韧机理.最后,基于均匀弹性材料裂纹的奇异性解和界面裂纹尖端的位移震荡解,建立了考虑界面裂纹尖端复杂应力场的扩展有限元单元,模拟了碳纤维夹芯试件的界面开裂过程.以上研究工作有助于揭示芳纶短纤维增韧界面的断裂机理,建立界面增韧参数设计方法,提高碳纤维夹芯结构的力学性能,并为结构的健康诊断和工艺改进提供科学依据.     

复合材料加筋壁板轴压屈曲稳定性研究

为研究复合材料加筋薄壁结构在轴向压缩载荷下的稳定性能,应用有限元软件MSC.PATRAN／NASTRAN对该型结构建模并进行屈曲计算,得到结构的失稳屈曲临界载荷和屈曲模态;通过对复合材料加筋壁板进行轴向压缩试验,对其屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷进行了研究,试验所得局部屈曲载荷与计算结果较吻合,说明建模方法的合理性。试验分析表明复合材料加筋壁板具有较强的后屈曲承载能力,可以用有限元模拟方法来对该型结构的稳定性能进行分析。     

多轴向增强拉挤复合材料木夹芯梁弯曲试验

为解决传统GFRP(玻纤增强复合材料)型材的节点弱、刚度低等缺陷问题,提出一种以花旗松为芯材、以多轴向GFRP为外壳的新型拉挤复合材料夹芯梁,对比研究了木梁、GFRP空管梁和GFRP木夹芯梁的四点弯曲性能,采用声发射监测梁的损伤演变.结果表明:木梁发生受拉破坏,空管梁的腹板和上翼缘发生屈曲、褶皱,夹芯梁面层发生褶皱破坏;相比木梁和空管梁,夹芯梁的极限承载力最大提高约250%和50%,抗弯刚度最大提高约160%和90%;单向布增强梁的强度和刚度最低,三向布可兼顾梁的抗弯刚度和横向强度,延缓发生腹板-翼缘分离.声发射研究表明:累积能量、累积撞击数和荷载的时程曲线有较好的一致性,累积撞击数率比反映了梁的微观损伤累积程度,累积能量率比反映了梁的宏观损伤特征.     

双层波纹夹芯结构的弯曲性能

本文采用真空辅助成型(VARI)工艺制备了玻璃纤维增强树脂基复合材料双层波纹夹芯结构,通过试验研究其失效模式和弯曲性能.在试验过程中,双层波纹夹芯结构的失效模式为上面板最先发生开裂,随后中间面板的开裂导致试样最终失效.利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,将模拟与试验结果进行对比发现,试验与有限元模拟的失效模式对应良...