格构增强型复合材料夹层结构的制备与受力性能

真空导入成型工艺是一种新型的适合大型/异型复合材料结构件成型的技术。选用H-60 PVC泡沫、四轴向玻璃纤维布以及乙烯基酯树脂,通过在泡沫芯材上、下表面开槽,同时沿芯材厚度方向剖开,采用真空导入成型工艺制备出在结构上具有创新构型的格构增强型复合材料夹层结构。研究结果表明,真空导入成型工艺充模速度快、成型效益高;格构增强型复合材料夹层结构的剪切、平压与抗弯性能均较传统夹层结构得以提高;其格构腹板可有效抑制泡沫芯材剪切裂纹的扩展,避免面板与芯材的剥离破坏;阐明了格构增强型复合材料夹层结构的受弯极限承载能力。

空间格构腹板增强泡沫夹芯复合材料试件准静态压缩吸能试验

采用聚氨酯泡沫作为填充材料,玻璃纤维增强复合材料作为面层和腹板,将双层正交格构腹板改变为双层错位格构腹板、多层错位格构腹板、六边形格构腹板和多层梯形格构腹板,制作空间格构腹板增强泡沫夹芯复合材料试件。对试件开展准静态压缩试验,记录试件的破坏过程,得到其荷载-位移曲线。分析试件产生不同破坏形式的原因,对比试件在压缩变形过程中承载力变化情况;引入能量吸收值、比吸能和平均压溃力3个指标比较试件的吸能性能。结果表明:改变竖直格构腹板的空间位置后,试件的准静态压缩破坏模式由竖直格构腹板突然屈曲失稳破坏改变为竖直格构腹板先产生倾斜再发生弯曲破坏,以及斜向格构与泡沫的剥离破坏和斜向格构与斜向格构的层间剥离破坏,有效减少了试件承载力的弹性突变,降低了试件的脆性;竖直格构腹板弯曲破坏比斜向格构的剥离破坏吸收更多能量,其能量吸收值波动幅度最大为16.6%;试件的能量吸收值随着压缩量增加呈线性增加,其耗能性能较为稳定。

含空腔点阵增强夹芯结构的固有振动分析方法

[目的]为研究芯层含多种组分的含空腔点阵增强夹芯结构的固有振动特性,探讨此夹芯结构的固有振动分析方法,[方法]首先,通过体积平均,将圆台形空腔近似视为圆柱形空腔来处理,采用多层次均匀化的思路,将含增强柱和空腔的复杂芯层等效为正交各向异性材料,并利用Mori-Tanaka方法进行2次单相夹杂处理,获取芯层的等效弹性模量。然后,基于一阶剪切变形理论建立运动学方程,进一步利用芯层等效弹性模量的计算值,采用双三角级数求解四边简支含空腔点阵增强夹芯结构的固有频率。最后,在此基础上,分别探讨芯材面板模量比、点阵增强柱体积比和空腔体积比对含空腔点阵增强夹芯结构固有频率的影响规律。[结果]与有限元计算结果的对比显示,固有频率的相对误差不超过3%,验证了该方法的正确性。[结论]所提方法可快速、准确地计算含空腔点阵增强夹芯结构的中、低频固有频率,且数理模型清晰,公式简单,易于对其规律进行研究。

玻璃纤维腹板格构增强泡沫夹层板面内轴向压缩下的破坏模式

利用真空导入工艺制作玻璃纤维腹板格构增强泡沫夹层板,进行了面内竖向荷载作用下的单调静力加载试验,采用夹层结构复合材料理论估算该夹层板的整体和局部屈曲临界荷载边界区间,分析了其在面内压缩荷载作用下的破坏模式。分析表明,该夹层板破坏模式主要表现为板自由边一侧边缘面板与芯材脱粘,面板向外鼓起,发生局部屈曲,并逐步向另一边延伸发展,直至贯通大部分或全部面板,从而导致夹层板失效破坏。

泡沫和轻木夹芯复合材料梁疲劳性能的对比

以聚氨酯泡沫、巴沙轻木为芯材的复合材料梁为研究对象,通过四点弯曲静载试验和不同荷载等级下的疲劳试验,对比了格构增强前后两种夹芯结构的静力学性能和疲劳性能。静载试验结果表明,轻木夹芯复合材料梁的极限承载力是聚氨酯泡沫夹芯梁的15倍,格构增强方案对提高聚氨酯泡沫夹芯梁的承载力更有效;疲劳试验结果表明,聚氨酯泡沫夹芯梁和轻木夹芯梁的疲劳寿命与荷载等级的大小密切相关,聚氨酯泡沫夹芯梁的疲劳性能更优,格构的设置可显著提高整体结构的疲劳寿命。

格构增强型泡沫夹层结构腹板剪切屈曲分析

基于双参数地基模型,分析了格构式增强型泡沫夹层结构的腹板在纯剪作用下的弹性稳定问题,讨论了泡沫芯材的存在对夹层结构腹板剪切稳定的影响规律、该理论分析模型的适用条件,通过有限元方法验证了该模型分析结果的合理性。分析表明,泡沫芯材的存在可以有效提高腹板的剪切稳定性能。即使芯材弹性模量较低,其提供的剪切刚度对于腹板的稳定也有着重要意义。随着腹板高厚比和芯材弹性模量的增加,泡沫对腹板提供的法向刚度控制作用越明显。芯材厚度是该模型结果准确与否的重要前提。从工程实用的角度,腹板区格的长高比对腹板剪切稳定的影响可以忽略不计。

碳纤维增强点阵夹芯结构的散热承载协同优化

在散热性能分析中,解析地给出了点阵夹芯结构的整体传热系数和等效压降,定义了散热性能指标.通过连续介质力学的方法和经典的层合理论,并通过串并联模型给出了碳纤维增强点阵夹芯结构整体的刚度特性.在满足既定的承载要求和一定的散热要求约束下,提出了一种对碳纤维增强点阵夹芯结构进行多功能优化设计的协同优化方法,在设计中采用了更符合工程实际的基于分枝定界法的混合离散优化方法,得到了夹芯结构质量函数的最小值,从而实现了轻质的目的.同时对不同结构形式的芯子做了相应的比较和分析,结果表明:金字塔型点阵夹芯结构在实现轻质的同时,具有较强的散热能力,而且承载能力更好,更为轻质高效.

碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲强度

考虑到点阵芯层的结构形式及杆单元以拉压为主的变形模式,基于连续介质等效理论,提出了一种全新的位移场假设,并以此编写了计算点阵夹芯复合材料屈曲强度的有限元程序.通过与不同试样的压缩试验的比较,对碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲行为进行了分析,并且验证了程序的有效性.同时,采用程序,讨论了点阵参数(包括杆单元长度、半径及倾斜角)对点阵夹芯复合材料结构屈曲强度的影响规律.结果表明:芯层体积分数相同的情况下,金字塔型和四面体型点阵夹芯结构的屈曲强度相差不大,后者略高.所得结论对点阵夹芯复合材料结构设计具有一定的指导意义.