复合材料夹芯结构的动态失效机理研究

发布时间：2017-08-17 00:30

  本文关键词：复合材料夹芯结构的动态失效机理研究

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【摘要】：复合材料夹芯结构也被称为复合材料夹层结构、复合材料夹芯板和三明治结构。常见的复合材料夹芯结构由五个部分构成:上面板、上面板与芯材间的胶层、芯材、下面板与芯材间的胶层和下面板。面板和芯材之间通过胶层胶合在一起。上下面板通常采用相同材质的薄板,如碳纤维层合板,要求面板有较大刚度。芯材通常采用轻质材料,如纸蜂窝、泡沫等。蜂窝复合材料夹芯结构有很多的优点,例如:比刚度、比强度高,热稳定性好,成型工艺性好,可设计性好等,因此复合材料夹芯结构在不同领域有着广泛的运用。本文首先概述了现有复合材料夹芯结构的研究成果,讨论了现有研究成果的不足。然后分析了复合材料夹芯结构常见的损伤形式,对应不同的损伤形式提出了损伤失效模型。采用Hashin失效准则和渐进损伤演化模型研究面板的层内损伤,采用粘结接触模型研究面板的分层损伤,芯材和面板的脱粘采用粘结域模型研究,芯材损伤采用理想弹塑性模型。然后,对不同面板和不同蜂窝夹芯的复合材料夹芯结构进行了低速冲击实验,对损伤后的试件进行了无损检测和剩余强度实验。结合冲击实验和无损检测的结果,探讨了复合材料夹芯结构的动态损伤规律,总结了面板和蜂窝芯材对整个夹芯结构的影响。研究表明,面板的铺层对蜂窝夹芯结构的抗冲击性能影响不大;蜂窝的公称密度对冲击力峰值影响较大,而蜂窝的蜂格边长对冲击力峰值影响较小;随着蜂窝公称密度的增大,蜂窝刚度增大,导致了结构的整体刚度增大;冲击损伤会降低结构整体的平面内刚度。基于文中提出的动态失效模型,在有限元软件ABAQUS中建立了离散体模型,首先通过与实验结果对比,证明了模型的有效性。然后通过数值模拟研究了蜂窝芯高度、蜂格边长、蜂窝壁厚度等因素对夹芯结构抗冲击性能的影响,总结了夹芯结构在冲击过程中的损伤规律,讨论了蜂窝尺寸对夹芯结构的影响。
【关键词】：复合材料 夹芯结构 纸蜂窝 低速冲击 剩余强度
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 研究背景和意义10-15
• 1.1.1 复合材料夹芯结构的基本结构10-11
• 1.1.2 复合材料夹芯结构的研究意义11-15
• 1.2 复合材料夹芯结构的研究现状15-19
• 1.2.1 理论研究15-16
• 1.2.2 实验研究16-17
• 1.2.3 数值模拟17-19
• 1.3 现有研究工作的不足19-20
• 1.4 本文的研究内容20-21
• 第二章 复合材料夹芯结构的动态失效分析模型21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 面板低速冲击损伤分析模型21-30
• 2.2.1 面板层内损伤失效分析模型21-24
• 2.2.2 面板层间损伤模型24-30
• 2.3 蜂窝芯材的失效模型及面板和芯材脱粘的失效模型30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 复合材料夹芯结构动态失效的实验研究31-87
• 3.1 引言31
• 3.2 实验方案31-34
• 3.2.1 实验标准31-32
• 3.2.2 实验仪器与工具32-34
• 3.3 实验材料与工况设置34-36
• 3.4 实验步骤36-78
• 3.4.1 试件处理36-37
• 3.4.2 试验结果37-69
• 3.4.3 结果分析69-78
• 3.5 蜂窝夹芯结构剩余强度试验78-85
• 3.5.1 试验标准78-79
• 3.5.2 试验仪器及工具79-80
• 3.5.3 试件与工况设置80-81
• 3.5.4 试验步骤81-82
• 3.5.5 试验结果与分析82-85
• 3.6 本章小结85-87
• 第四章 复合材料夹芯结构的数值研究87-104
• 4.1 数值模拟方法87-88
• 4.2 数值模拟方法的验证88-90
• 4.3 数值模拟的工况设置90-91
• 4.4 数值模拟的结果与分析91-102
• 4.4.1 A组试件91-93
• 4.4.2 B组试件93-95
• 4.4.3 C组试件95-98
• 4.4.4 D组试件98-102
• 4.5 蜂窝的尺寸效应102-103
• 4.6 本章小结103-104
• 总结和展望104-107
• 总结104-106
• 展望106-107
• 参考文献107-112
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果112-113
• 致谢113-114
• 附表114

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本文编号：686323