Kagome点阵夹芯结构平压性能研究

采用有限元数值仿真和试验验证相结合的方法研究了复合材料Kagome点阵夹芯结构的平压性能,分析了不同结构参数对Kagome点阵夹芯结构平压性能及失效模式的影响。结果表明,在平压载荷下,杆件直径对Kagome点阵夹芯结构的平压峰值载荷幅度影响较大,而芯子高度和杆件角度对峰值载荷幅度影响较小,夹芯结构失效的主要形式有杆件变形最大处断裂、杆件与面板连接处断裂、杆件交叉连接处断裂等。通过对比Kagome点阵夹芯结构有限元数值仿真结果与平压试验结果,验证了有限元模型的可靠性。

X-cor夹层复合材料平压性能分析

X-cor夹层复合材料是一种采用X形Z-pin增强的新型泡沫夹层结构,在航空航天领域有着广阔的应用前景。本文对其平压模量和强度进行了理论预测和实验验证。通过分析其三维单胞力学模型,得到了X-cor夹层复合材料等效平压模量的解析式。采用Winkler弹性地基梁理论解释了泡沫芯材与Z-pin的协同增强效应,并导出了X-cor平压强度的预测公式。以碳纤维/环氧树脂制备的Z-pin分别植入PU,PMI泡沫制得X-cor夹层复合材料,通过力学实验考察了Z-pin参数以及泡沫性能等对X-cor夹层结构平压性能的影响,对理论分析进行了验证。结果证明增大Z-pin的植入角度、体积分数、直径、端部约束或采用高性能泡沫芯材均能提高X-cor平压性能,但增大长度,Z-pin容易失稳,平压强度降低。

蜂窝纸板结构平压性能有限元分析

研究了蜂窝纸板结构的实体建模、单元属性、网格划分等有限元建模方法,并基于该有限元模型分析了蜂窝纸板结构的平压性能,有限元分析结果与试验结果吻合良好。

X-Cor夹层结构的平压性能

通过力学分析得到X-Cor夹层结构平压模量的解析式和计及泡沫对z-pin横向支撑的平压强度预测公式。分析X-Cor夹层结构平压模量的理论值与试验值误差,提出了结构屈曲和z-pin的长度差异引起的刚度折减的修正模型,修正后的夹层结构平压模量的理论值与试验值吻合。理论公式为X-Cor夹层结构的设计提供依据,进而为X-Cor夹层结构新材料在工程领域的应用奠定了基础。

X-Cor夹层结构的平压性能试验

通过对不同的z-pin角度、面板厚度、去除泡沫处理的X-Cor夹层结构试样进行平压性能试验和分析比较,得到其破坏模式及不同设计参数对性能的影响。试验结果表明:X-Cor夹层结构中z-pin和泡沫存在协同增强效应;增大z-pin端部约束和减少z-pin的植入角度能提高平压性能;但z-pin角度为0°的夹层结构平压性能对植入角的角偏差缺陷更敏感,缺陷的存在影响承力性能。

内衬聚偏氟乙烯热塑层的纤维缠绕复合材料管径向平压性能

纤维缠绕角度、纤维缠绕层厚度及碳/玻纤维混杂比是影响内衬聚偏氟乙烯(PVDF)热塑层的纤维增强热固性复合材料缠绕管径向平压性能的重要因素,其性能直接决定复合材料缠绕管产品掩埋深度和抗碾压能力。将PVDF颗粒经挤出机制成PVDF管,然后以表面喷砂处理后的PVDF管为内衬芯管,采用湿法缠绕技术制备不同结构参数的复合材料缠绕管。利用管平行板外载平压性能测试方法,测试了3种结构参数对复合材料管径向平压性能的影响,并分析其破坏模式与失效机理。结果表明,随缠绕层厚度的增加,径向压缩强度和径向压缩模量逐渐增大;随着缠绕角度的增大,径向压缩强度和径向压缩模量先增大后减小;另外,随着碳/玻纤维混杂比的提高,复合材料缠绕管的压缩强度和压缩模量相应增加。

泡沫填充密度对纺织增强材料平压性能影响

探讨泡沫填充密度对纺织增强复合板材平压性能的影响。以涤纶长丝为原料织制了间隔机织物,用聚氨酯泡沫填充织物的间隔,用环氧树脂对板材表面进行涂层复合,制备了三明治型复合板材。通过改变聚氨酯泡沫材料的填充量,设计加工了7种填充密度的板材,并对其平压性能进行了测试。结果表明:随着填充密度的增加,平压强度呈现整体上升趋势,增加到一个极限密度后平压强度开始下降;泡沫填充密度与板材平压强度呈抛物线关系,泡沫填充密度为0.134 5g/cm3时,板材获得最大平压强度。认为:通过测试分析可以使纺织增强复合板材获得较佳的力学性能。

双芯纸搭配型蜂窝纸板的平压性能及加工工艺研究

为解决蜂窝纸板抗压强度提高与成本增加之间的矛盾,提出了双芯纸搭配型蜂窝纸板的设计方案,在现有蜂窝纸板加工工艺的基础上,确定了双芯纸搭配型蜂窝纸板的加工工艺,并制作了110 g/m2与220 g/m2两种纸芯组成的20 mm厚的双芯纸搭配型蜂窝纸板样本,并对其平压性能进行了实验。通过实验数据可以看出,双芯纸搭配型蜂窝纸板的平压性能有了大幅提高。

玻纤/环氧树脂基间隔复合材料平压性能的数值模拟

在前期研究的基础上,利用有限元软件ANSYS,建立玻纤/环氧树脂基间隔复合材料的细观结构模型。利用该模型研究材料在平压载荷下的应力、应变分布和破坏模式。结果表明:从宏观角度来看,在平压载荷作用下,芯材应力、应变值最大,最容易发生失稳破坏,且断口形貌为平行直线;上下面板应力、应变值最小,最不容易被破坏。从细观角度来看,芯材的接结经纱是承载主体,树脂起次要作用;在0.5 mm平压位移载荷作用下,材料的破坏模式主要是芯材的树脂破碎、树脂与纤维严重脱粘。

双芯蜂窝纸板的平压性能及加工工艺研究

为解决蜂窝纸板抗压强度提高与成本增加之间的矛盾,提出了双芯蜂窝纸板的设计方案,在现有单芯蜂窝纸板加工工艺的基础上,确定了双芯蜂窝纸板的加工工艺,应用河北省唐山市唐海圆鸣蜂窝纸板生产有限公司的设备制作了110g/m^2与220g/m^2两种纸芯组成的20mm厚的双芯蜂窝纸板样本,并对20mm厚的110g/m^2单芯蜂窝纸板及110g/m^2与220g/m^2双芯蜂窝纸板的平压性能进行了实验,同时采用了有限元方法对两种蜂窝纸板的性能进行了仿真分析,通过实验数据及仿真分析数据的双重验证可以看出双芯蜂窝纸板的平压性能有了大幅提高。通过成本分析,提出的新型双芯蜂窝纸板的成本增加较少,是一种高性价比的材料。

结构参数对三维中空夹芯复合材料平压性能的影响

三维中空夹芯复合材料是一种新型夹芯结构材料,具有轻质、高强、高模、抗冲击、隔音、保温等特性,可广泛用于航空航天、汽车、储油罐、船舶、建筑、能源等领域。本文选取芯材高度分别为2、4、6和8mm,以及芯材间距分别为4、6和8 mm的两组三维中空夹芯复合材料为样品,测试其平压性能,重点研究芯材高度、芯材间距等结构参数对三维中空夹芯复合材料平压性能的影响,并分析材料的压缩特性及损伤机理。结果表明,三维中空夹芯复合材料受到平压载荷时的破坏模式为明显的脆性破坏,同时,材料破坏形式主要表现为树脂开裂、纤维断裂、界面脱粘等特征。三维中空夹芯复合材料的平压性能随着芯材高度、芯材间距的增加而下降。研究结果将为该材料的结构优化设计和性能分析奠定理论基础。

叠置蜂窝纸板衬垫的平压性能研究

对叠置蜂窝纸板衬垫的平压性能和平压性能进行了研究。结果表明,双层叠置纸板的压溃过程可分为7个阶段;叠置蜂窝纸板与单层蜂窝纸板的压溃强度基本相同,且错对与正对两种叠置衬垫的抗压性能基本相同。试验结果说明利用蜂窝纸板厂的生产性蜂窝纸板废弃物制作运输包装用叠置缓冲衬垫可行。

间隔机织物结构对复合板材平压性能的影响

探讨间隔机织物结构对复合板材平压性能的影响。分别设计织造了不同接结纱密度、接结纱高度和面层组织密度的间隔机织物,并制备了三明治型复合板材。对不同结构复合板材进行平压性能测试。结果表明:复合板材的平压强度随着接结纱密度的增加先增大后减小,存在最佳接结纱密度;复合板材的平压强度随着间隔机织物接结纱高度的增加而减小,随面层组织密度的增大稍有下降。认为:间隔机织物的接结纱密度控制在1.2根/cm2左右,接结纱树脂柱和泡沫填充材料可以协同作用,共同承压,此时板材的抗压能力较好。

新型双轴向增强纬编间隔织物复合材料的制造及平压性能研究

文章利用玻璃纤维编织一种新型双轴向增强纬编间隔织物,并制作了该种结构的织物增强复合材料。与泡沫夹层结构的平压性能相比,双轴向增强纬编间隔织物复合材料的平压强度是泡沫夹层结构的两倍之多,平压弹性模量达到四倍,在产业用方面具有很大的应用前景。

缝合泡沫夹层复合材料平压性能及数值模拟

针对泡沫夹层复合材料在压力作用下因易开裂导致性能下降的情况,使用碳纤维作为缝线,对碳纤维布和泡沫缝合制备了缝合泡沫夹层复合材料,探究其在受到平压载荷作用下的平压性能和平压破坏模式;利用ABAQUS模拟软件进行缝合泡沫夹层复合材料建模,并进行静力学分析;使用桁架单元模拟纤维树脂柱的受力情况,基于Hasin失效准则模拟上下纤维面板,使用三维实体单元模拟泡沫夹芯。研究结果表明:缝合夹层复合材料实验和模拟分析得到的压缩强度和压缩模量误差分别为13.74%和16.09%,说明该模型具有一定的可信度和可用性;在平压载荷作用下,缝合泡沫夹层复合材料的主要承力部分是纤维树脂柱,并且可以观察到纤维树脂柱与纤维面板处出现一定的应力集中现象;缝合泡沫夹层复合材料的破坏主要为纤维柱与面板连接处之间的断裂失效,泡沫压缩变形过程实验与模拟也较为相符。

整体中空夹层复合材料平压性能的实验

选取了不同织造参数和基体材料的试验件进行了平压试验,观察描述了平压试验中试验件的破坏过程,并将得到的实验数据进行整理分析。讨论了厚度、绒经密度、基体材料以及绒经粗细对于整体中空夹层复合材料平压性能的影响。发现随着厚度的增加,绒经密度的减小,材料的平压强度减小;基体材料不同,材料的平压强度也明显不同;绒经的粗细对平压性能影响显著。

3D打印木塑填充结构的平压性能比较

为了探究利用3D打印技术制作质轻抗压木塑复合材料制品的优化方案,比较分析12种填充结构(二维、立体结构各6种)的平压性能。结果表明,在平压性能方面,二维交叉填充结构具有最高的平压强度和模量;在打印效率方面,三维立方体分区填充结构适合快速打印产品的概念模型。综合比较分析,在二维结构中,内六角填充结构同时具有高强度和打印时间短两点优势。建议根据产品设计的要求,合理选择不同的填充结构,以满足需求。

菠萝叶纤维/玻璃纤维夹芯点阵圆筒的制备与平压性能

天然纤维资源丰富、绿色环保、生物可降解等优点吸引了人们的关注,点阵结构的设计可以同时实现材料设计、结构设计与功能性设计。将材料设计与结构设计相结合,以菠萝叶纤维和玻璃纤维作为增强材料,以酚醛树脂和改性的环氧树脂为基体材料,设计了3种不同夹芯组坯方式的点阵圆筒结构,菠萝叶纤维层用P代替,玻璃纤维层用G代替,则3种结构为(PG)_n、PGP和GPG结构,并探索了3种圆筒结构的制备工艺;通过轴向压缩试验,分析了3种结构的平压性能。结果表明,纤维缠绕工艺简单可操作;(PG)_n、PGP和GPG夹芯点阵圆筒的破坏部位发生在肋条交叉附近的环向与螺旋向肋条;从结构的抗压角度出发,相比于结构PGP和GPG,结构(PG)_n不具备优势条件;从轻质高强角度出发,PGP夹芯点阵圆筒的性能最好,GPG结构次之,(PG)_n最差;夹芯点阵圆筒可以作为建筑材料使用。

玄武岩长丝/芳纶间隔纱织物复合板材平压性能的有限元模拟

对不同经纱细度、不同面层经密的玄武岩长丝/芳纶间隔纱织物复合板材进行平压性能测试,并基于ABAQUS软件对复合材料的平压有限元模拟。结果表明:对经纱细度进行调节以后,复合板材的平压强度与弹性模量都并未出现显著不同;平压强度会因为组织目的的增加而出现降低。有限元模拟结果证实:试样压缩应力从中间朝着四周进行不断增加,并且聚集在四端,也就是这个区域在进行压缩时,需要承担相应的载荷,最早出现失效破坏。

不锈钢芯板结构芯管平压性能的研究分析

不锈钢芯板结构是一种新型的装配式结构体系。为研究不锈钢芯板结构芯管的平压性能,通过对12组合计212根构件不锈钢芯板结构芯管试件的平压试验,得到了不锈钢芯板结构芯管平压强度和平压模量;然后采用有限元分析来模拟试验过程。有限元计算结果与试验结果的对比表明:两者吻合良好,验证了有限元模型的可靠性;而后对芯管的平压性能进行数值分析。试验和理论结果表明:不锈钢芯板结构芯管在平压作用下的受力过程可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;芯管破坏的本质是芯管端部发生局部屈曲破坏;最后给出了此种不锈钢芯板结构芯管平压强度设计值的理论计算式。