碳纤维复合材料泡沫铝夹芯结构弯曲性能实验研究及优化

发布时间：2021-03-11 01:00

　　随着电动汽车的发展,汽车轻量化研究越来越重要,碳纤维复合材料泡沫铝夹芯结构以其轻质和极高的极限载荷能力被广泛的应用于汽车受力结构件和吸能件结构件中。为研究泡沫铝芯层密度及不同的芯层结构对碳纤维泡沫铝夹芯结构弯曲性能的影响,本文对两种密度的泡沫铝芯层及三种不同截面尺寸的泡沫铝芯层的夹芯结构进行了准静态三点弯曲实验,对碳纤维复合材料泡沫铝夹芯结构在准静态三点弯曲载荷作用下的基本力学性能、失效模式进行了实验分析、理论计算和数值模拟。首先,从夹芯结构制备工艺、力学性能等方面对泡沫铝及其夹芯结构进行了简要概述,并介绍了了本文主要研究内容及研究意义。本文中碳纤维泡沫铝夹芯结构由碳纤维复合材料面板和泡沫铝芯层构成,对碳纤维复合材料面板进行了拉伸力学实验,得到了其拉伸力学性能;并对泡沫铝进行了压缩实验,得到了泡沫铝压缩的基本力学性能参数。其次,对碳纤维复合材料泡沫铝夹芯结构进行了三点弯曲实验,观察并记录了碳纤维复合材料泡沫铝夹芯结构在三点弯曲实验过程中变形及失效模式,分析了不同密度泡沫铝和不同截面形状的泡沫铝对泡沫铝夹芯结构极限载荷和吸能性能的影响。在实验基础上,分析了三点弯曲载荷作用下碳纤维复合材料... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

蜂窝铝

利用两者的优点同时，弥补彼此不足。这就大大提高了这种以多孔金属为芯材的夹层结构（如图 1.4）或填充结构在工业生产中的应用空间。图1.1 蜂窝铝 图1.2 泡沫铝 图1.3 点阵金属典型的夹芯结构是由三部分构成的，由上下薄面板及中间芯层组成，如图 1.5所示。采用夹芯结构可以获得很好的能量吸收能力，外部能量通过上下面板的弯曲、拉伸和断裂以及芯层的压溃而耗散。夹在上下面板中间的芯层一般采用密度较低的材料，常见芯层有多孔泡沫、轻木、波纹板和蜂窝铝。芯层的作用是支撑面板使它们不会产生向内或向外的弯曲（变形），并将它们彼此保持在相应的位置。芯层的加入扩大了上下面板之间的间距，而面板间距越大，整个夹层结构材料截面惯性矩越大，因此其整体强度会得到一定提升。图 1.6 为夹芯结构芯层的的夹芯效应[11-12]。图1.4 多孔金属夹芯结构 图1.5 典型夹芯结构示意图面板承载夹芯结构中的拉伸和压缩应力，局部的抗弯刚度往往小到可忽略不计。像钢、不锈钢、铝、玻璃钢这样的传统材料常被用于夹芯结构的面层材料

利用两者的优点同时，弥补彼此不足。这就大大提高了这种以多孔金属为芯材的夹层结构（如图 1.4）或填充结构在工业生产中的应用空间。图1.1 蜂窝铝 图1.2 泡沫铝 图1.3 点阵金属典型的夹芯结构是由三部分构成的，由上下薄面板及中间芯层组成，如图 1.5所示。采用夹芯结构可以获得很好的能量吸收能力，外部能量通过上下面板的弯曲、拉伸和断裂以及芯层的压溃而耗散。夹在上下面板中间的芯层一般采用密度较低的材料，常见芯层有多孔泡沫、轻木、波纹板和蜂窝铝。芯层的作用是支撑面板使它们不会产生向内或向外的弯曲（变形），并将它们彼此保持在相应的位置。芯层的加入扩大了上下面板之间的间距，而面板间距越大，整个夹层结构材料截面惯性矩越大，因此其整体强度会得到一定提升。图 1.6 为夹芯结构芯层的的夹芯效应[11-12]。图1.4 多孔金属夹芯结构 图1.5 典型夹芯结构示意图面板承载夹芯结构中的拉伸和压缩应力，局部的抗弯刚度往往小到可忽略不计。像钢、不锈钢、铝、玻璃钢这样的传统材料常被用于夹芯结构的面层材料

【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃纤维泡沫夹芯板挖补修理弯曲性能试验与有限元模拟[J]. 刘国春,庞杰,杨文锋,孙婷.  复合材料科学与工程. 2020(02)



本文编号：3075584