塑料蜂窝夹层结构抗弯性能研究与优化

发布时间：2020-04-07 23:46

【摘要】：本文研究的热塑性塑料蜂窝夹层结构以连续玻纤增强聚丙烯(GF/PP)单向布制作蒙皮,聚丙烯(PP)制作蜂窝芯,是一种具备优异力学性能且便于一体化回收的轻量化结构。非常适合用于制作汽车的轻量化零部件,且便于循环利用。由于蜂窝夹层板的结构特点,其最突出的性能就是抗弯性能,本文将深入研究这种塑料蜂窝夹层结构的完整三点弯曲过程,并进一步对峰值载荷和比吸能进行多目标优化。论文的主要内容如下:(1)通过对不同规格的蜂窝夹层板测试结果的分析,发现蜂窝夹层板的整个弯曲过程主要分为两个阶段,前挠曲阶段和后挠曲阶段。第一阶段,载荷近似线性增长,称之为前挠曲阶段。该阶段为蜂窝夹层板的正常使用范围,达到峰值之后蜂窝夹层板将出现不可逆的破坏。第二阶段,载荷达到峰值之后迅速下降到某一载荷,且持续稳定,形成一个平台,称之为后挠曲阶段。该阶段蜂窝夹层板发生破坏,蜂窝夹层板进入持续的吸能阶段。(2)通过三点弯曲实验研究了不同几何尺寸的蜂窝夹层结构的抗弯性能,并通过分析测试结果获得了几个关键参数对夹层板抗弯性能的影响趋势,涉及到的关键因素有蒙皮铺层方式、蒙皮厚度、蜂窝芯方向、蜂窝芯孔径和蜂窝芯高度,评价指标分别为峰值载荷、平均载荷、总吸能和比吸能。(3)总结各种规格夹层板的最终失效模式,发现一共出现两种主要的失效模式,分别为失效模式A和失效模式B,从宏观上分析发现夹层板的铺层方式和蒙皮厚度会影响夹层板弯曲失效模式的类型。结合有限元技术分析得到出现两种失效模式的原因为初始加载时,蜂窝芯上的应力分布不同,导致蜂窝芯的初始失效面积不同,进而影响了失效的扩展方式,所以出现了两种失效模式。且通过微观分析发现两种失效形式的夹层板上蒙皮的失效原因均为表层断裂和内部分层。(4)通过响应面法建立了胞元壁厚(t),胞元直径(R),夹芯高度(H_c),面板厚度(H_f)与峰值载荷和比吸能的响应近似模型,并对蜂窝夹层板峰值载荷和比吸能进行多目标优化,发现不存在同时达到峰值载荷最小和比吸能最大的情况,只能根据实际需要来权衡这两个指标。通过遗传算法求解,获得了一组Pareto最优解,为蜂窝夹层结构的抗撞性设计提供参考。通过以上研究,详细分析了塑料蜂窝夹层结构的完整弯曲过程,为其在工程上的应用提供了数据支持和理论支持。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】

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本文编号：2618557