基于渐进损伤模型的U-cor增强泡沫夹层结构平拉性能仿真

为了研究U-cor增强泡沫夹层结构的平拉性能,使用ABAQUS进行了渐进损伤分析。基于三维渐进损伤分析方法,通过用户子程序编写了复合材料本构;基于粘聚区模型,采用Cohesive Contact来模拟胶接界面的损伤;基于细观几何结构,假设周期性边界条件并建立了单胞模型。通过分析得到U-cor的平拉强度和损伤过程,并进行试验验证。结果表明:在平拉载荷作用下,发生损伤的部位是中间层泡沫以及基体与表层泡沫的胶接界面;试验值与计算结果误差较小,证明了有限元模型的准确性。该文研究成果,可为U-cor的强度预测提供可靠的仿真方法。

U-cor增强泡沫夹层结构剪切性能

为了研究U-cor增强泡沫夹层结构的剪切性能,使用ABAQUS进行了有限元分析。基于三维渐进损伤分析方法,通过用户子程序编写了复合材料本构;基于细观几何结构,假设周期性条件并建立了单胞模型。通过分析得到U-cor的剪切强度和损伤过程,并进行试验验证。结果表明:无论是承受纬向剪切载荷还是经向剪切载荷,首先发生损伤的都是中间层泡沫;纬向剪切强度大于经向剪切强度;试验值与计算结果误差较小,证明了有限元模型是准确的。该研究成果可为U-cor的剪切强度预测提供可靠的仿真方法。

基于增强内积矩阵的PMI泡沫夹层结构损伤检测

聚甲基丙烯酰亚胺(polymethacrylimide,PMI)泡沫夹层复合材料结构因其独特的力学性能而广泛应用于航空航天领域,如何快速、准确、低成本地检测面板与芯材的脱粘损伤对结构安全使用具有重大意义,然而传统的基于超声波的无损检测技术由于PMI泡沫的吸声特性难以有效地检测到此类结构的脱粘损伤,该文探索基于振动响应测试的方法在PMI泡沫夹层结构损伤检测中的可行性及有效性。以振动时域响应相关性分析建立的结构损伤特征——内积矩阵(inner product matrix,IPM)为基础,通过将不同激励点下计算得到的IPM进行堆叠,提出了增强内积矩阵(enhanced inner product matrix,EIPM)的概念,并以EIPM为卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的输入、PMI泡沫夹层结构的损伤状态为输出,建立了基于EIPM及CNN的结构损伤检测方法。PMI泡沫夹层悬臂梁结构的脱粘损伤检测仿真算例及实验验证结果表明,所提方法在3个及以上测点时的平均识别准确率均在99%以上,且与基于IPM的方法相比,EIPM方法具有更好的收敛速度和稳定性。

内嵌聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构水中抗爆试验研究

为了分析新型内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构的水中抗爆性能,开展了水中爆炸作用下结构抗爆性能试验研究,对比了均质钢板、纯蜂窝夹芯夹层结构以及内嵌两种不同密度PMI泡沫蜂窝夹芯夹层结构的水中抗爆性能,分析了结构变形与破坏模式、结构表面压力特性以及结构后面板变形情况。结果表明,内嵌泡沫能够有效提升夹层结构的水中抗爆性能。研究结果可以为水中抗爆防护结构的轻量化设计及优化提供参考。

X-cor增强泡沫夹层结构力学性能试验

研究了碳纤维X-cor销钉增强泡沫夹层结构的常规力学性能。自行设计工艺,制造了X-cor增强泡沫夹层结构复合材料,并进行了多种材料/几何参数下的平压、三点弯曲和芯子剪切试验,得到了系列试验数据,并观察记录了较全面的结构破坏模式;倾斜的X-cor销钉对夹层结构性能的增强效果大大优于垂直销钉的增强效果,倾斜X-cor增强泡沫夹层结构的抗弯刚度和破坏载荷大幅提高;X-cor增强泡沫夹层结构在弯曲载荷下具有较强的二次承载能力;X-cor增强泡沫夹层结构在弯曲和剪切载荷下均呈现明显的渐进失效过程,在初始裂纹出现后,直到最终破坏发生还有较长的损伤扩展过程,这一过程是增强相限制芯材裂纹大规模扩展的结果,表明X-cor增强泡沫夹层结构在初始裂纹出现后还具有较强的持续承载能力。

Z向增强泡沫夹层结构复合材料

从应用领域、制造工艺及力学性能等方面论述了国内外关于Z向增强泡沫夹层结构复合材料的研究成果。研究了其开发研制和应用中的主要问题,并对此材料力学性能研究前景作出了预测。

吸湿环境对石英纤维增强环氧树脂面板/PMI泡沫夹层结构复合材料吸湿行为的影响

研究了不同温度、湿度环境下,夹层结构石英纤维增强环氧树脂面板/PMI泡沫夹层结构复合材料及其芯材和面板的吸湿规律。将石英纤维增强环氧树脂面板、PMI泡沫、复合材料面板/PMI泡沫夹层结构试样在不同吸湿环境中进行吸湿处理后,对其吸湿行为进行分析。结果表明:浸水环境下面板、PMI泡沫、PMI泡沫夹层结构复合材料都表现出更为严重的吸湿行为;在潮湿环境中,50℃至70℃范围内,温度越高,试样在吸湿过程中的质量损失越多,最终的饱和吸湿率越小;在60℃以内的潮湿环境中,PMI泡沫夹层结构复合材料的饱和吸湿率可以通过相同环境下面板复合材料和PMI泡沫的吸湿率进行预测。

湿热环境下纤维增强树脂-泡沫夹层结构Ⅱ型断裂理论分析

玻璃纤维增强树脂(GFRP)-泡沫夹层结构以其轻质、耐腐蚀、抗弯抗压性能优异等特点使其广泛应用于墙板、快速道路铺装等工程中。然而在服役期间,GFRP-泡沫夹层结构通常处于高湿的工作环境中,这势必对夹层结构的各项性能产生影响。在造成GFRP-泡沫夹层结构损伤破坏的诸多因素中,剥离损伤占据了很大的比例,滑移型剥离(Ⅱ型断裂)破坏不容忽视。基于一阶剪切变形的叠层板理论,对带有初始裂纹的GFRP-泡沫夹层结构进行理论分析,推导出含有相关参数的Ⅱ型临界能量释放率表达式,并用该理论值与试验值进行对比,验证其正确性。

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。

拉挤成型的轻型泡沫夹层结构保证高的强度

美国公司Moldite Tchnologies声称已研制出一种可拉挤的增强塑料在强度和刚度性能方面比得上钢和铝，重量为其1／10或更低。据说此材料有好的耐冲击性、绝缘性以及耐火、霉和环境侵蚀。看好应用于汽车、工业、建筑、航空航天、船舶、军事和其它方面。

FRP夹强化泡沫芯复合材料的力学性能

本文研究一种新型强化泡沫芯夹层复合材料的力学性能。选择在低成本的PU泡沫中置入圆管状结构增强体,使泡沫芯的等效Z向性能大幅提高。对以FRP面板夹这种强化泡沫芯制成的三明治复合材料结构,进行了平压试验、三点弯曲试验和剪切试验,基于其结构破坏模式,分析其破坏机理,并应用三维层板理论和细观力学方法进行了理论模拟。结果表明,这种强化泡沫芯能显著提高三明治板材的Z向力学性能,具有良好的应用前景。

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。

多级金属波纹夹层结构的抗强动冲击特性

为了研究采用多级夹层设计的金属多级波纹芯体夹层梁在泡沫子弹冲击下的动态力学行为,在验证数值方法可靠性的基础上,通过Abaqus-Explicit仿真分析了不同子弹动量水平下金属多级波纹芯体夹层梁的动态变形过程、定量挠度结果、变形破坏模式和能量吸收特性。进一步地,设计了3种不同几何参数的单层波纹夹层结构,比较了单层和多级波纹夹层结构在等质量条件下的抗冲击性能差异。结果表明,多级波纹夹层梁冲击侧夹层面板的二级波纹芯体和一级波纹芯体的压溃程度始终大于背侧夹层面板二级波纹芯体的压溃程度。多级波纹夹层梁背侧面板的最终跨中挠度始终小于等质量单级波纹夹层梁的相应挠度,体现出多级夹层梁的抗冲击防护性能优势。这种增强机理主要在于增加的多孔芯体压缩吸能保护了背侧面板,另外,多级夹层梁的塑性轴向拉伸强度几乎保持不变,而塑性弯曲强度因梁结构总厚度增加而增大,从而扩大了夹层结构的塑性屈服面。

连续制造玻璃钢夹层结构的方法

在许多技术领域里,除了有强度要求之外,还要求有较优小重量和较高热绝缘性能,广泛采用轻质塑料夹层结构。夹层结构最重要的性能,是它的外蒙皮板及夹芯层(泡沫层,蜂窝层)能有效地共同工作。为此目的,对于不同的结构,可采用胶接、放置加劲肋。

空间碎片防护需求与防护材料进展

1引言<br> 当前，我国航天事业蓬勃发展，载人航天器、通信卫星、导航卫星、遥感卫星、深空探测器、科学卫星等各种航天器呈现快速发展态势，航天器的寿命越来越长、可靠性越来越高、稳定度越来越高。而随着空间碎片环境的日益恶劣，空间碎片已成为影响航天器长寿命、高可靠性、高稳定度的重要因素之一。2013年1月22日，俄罗斯的小型激光测距卫星(BLITS)遭到小碎片撞击，并释放出一块碎片；2013年5月24日，发射不足1个月的厄瓜多尔“飞马座”（Pegaso）卫星在印度洋上空与一枚由苏联1985年发射升空的火箭燃料箱残骸发生侧面撞击，导致太阳电池翼受损，天线无法定向，卫星围绕两根轴狂转，失去了联系；“国际空间站”供航天员出舱活动的扶手遭到多次小碎片撞击，撞击形成的锋利唇缘割破了航天员的手套，导致多次舱外活动提前终止；2002年3月16日，美法联合研制的贾森-1（Jason-1）卫星遭到小碎片撞击，导致其轨道高度明显提升和随后几小时的电流波动，并释放出两块碎片；2011年，我国某卫星遭到小碎片撞击，导致姿态瞬时跳变，并永久失去了部分发电能力。

瑞典夹层结构球形掩蔽部

瑞典从70年代开始研制这种掩蔽部。目前研制了一种利用玻璃纤维增强塑料作面层，以泡沫作芯材的掩蔽部。球形掩蔽部的球壁由多层玻璃纤维增强塑料和具有封闭微孔的聚氯乙烯泡沫塑料组成，顶部开口设有盖板。