嵌锁式碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构的力学性能及损伤失效

设计并采用嵌锁组装工艺制备了碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构,开展了面外平压性能和三点弯曲性能试验研究,获得了夹芯结构在平压载荷作用下的破坏模式,分析了其损伤失效机制及吸能特性,讨论了在三点弯曲载荷作用下面板质量非对称性和槽口方向对夹芯梁的破坏模式及承载能力的影响.研究结果表明嵌锁式碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝...     

缝纫泡沫夹芯复合材料失效强度的理论预测与试验验证

基于经典层板理论和细观力学桥联模型, 提出了缝纫泡沫夹芯复合材料失效强度的理论预测方法, 并进行了失效强度的相关试验验证。其中, 将缝纫复合材料面板看作单层组成的准层状结构, 采用经典层板理论进行逐层失效分析, 并同时考虑了局部皱曲的面板失效模式; 而对缝纫泡沫夹芯, 引入桥联模型计算其各组分材料中的应力, 并通过对各组分材料选取适当失效准则来建立失效判据; 对于缝纫泡沫夹芯复合材料采取逐级加载方式, 当面板或者夹芯失效时, 则认为其发生整体失效, 由此可以确定其在不同载荷形式下的失效强度。此外, 通过试验得到了缝纫泡沫夹芯复合材料板试件在平压、 侧压、 横向剪切及三点弯曲载荷形式下的失效模式及其失效强度, 并利用本文方法对缝纫泡沫夹芯复合材料的失效强度进行了理论预测, 所得结果与试验吻合, 证明了本文方法的有效性。      

基于多尺度方法的蜂窝夹层复合材料结构轴向压缩稳定性

为有效预测蜂窝夹层复合材料结构压缩失稳载荷和破坏模式,本文基于层压板宏细观多尺度数值分析模型,研究蜂窝夹层复合材料结构在轴向压缩载荷下的屈曲稳定性。基于改进的通用单胞理论模型,并结合ABAQUS用户自定义子程序接口,建立蜂窝夹层复合材料结构宏细观数值模型,预报蜂窝夹层复合材料结构失效载荷和破坏模式,并与试验结果对照,验证了模型的有效性。结果表明:通过本文建立的数值模型可以有效预测蜂窝夹层复合材料结构在压缩载荷下的失稳载荷和破坏模式,其一阶失稳载荷为128.12 kN,与试验结果误差为4.58%,蜂窝夹层复合材料结构破坏模式为先发生屈曲失稳,然后迅速破坏。      

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。     

三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料的基本力学特性

将三维间隔连体织物泡沫夹层结构平压、剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性与三维间隔连体织物复合材料、传统泡沫夹层结构复合材料进行了对比分析,在此基础上,考察了芯柱高度、泡沫密度对复合材料平压、剪切、三点弯曲性能的影响。结果表明,三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料承受平压载荷时,芯柱和泡沫存在协同效应;平压载荷作用下主要发生芯柱断裂破坏;随着芯柱高度增加,平压、剪切强度均减小;随着泡沫密度增加,平压强度近似呈指数增长。     

三维间隔连体织物复合材料力学性能

三维间隔连体织物复合材料是由纤维连续织造呈空芯结构的三维间隔连体编织物作增强体的新型轻质夹层结构 , 具有整体性、 轻质、 可设计、 低成本等特点。本文中对三维间隔连体织物复合材料增强体的结构特征进行了分析 , 考察了材料在平压、 剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性及破坏模式 , 并分析了织物结构参数对复合材料平压、 剪切、 三点弯曲性能的影响。结果表明 : 随芯柱高度的增加 , 材料的压缩强度和剪切强度降低 ,弯曲刚度增加; 随芯柱密度的增加 , 材料的压缩强度、 剪切强度和弯曲刚度都有大幅度的提高 , 且纬向剪切强度和弯曲刚度都大于经向。研究结果为该类材料的结构优化设计和性能分析奠定了重要基础。     

蜂窝结构对蜂窝纸板平压性能影响的研究

研究了蜂窝纸板结构对其平压性能的影响,分析了蜂窝纸板平压强度与蜂窝半径与孔径比的理论计算模型,将试验结果与理论模型进行了综合分析,得出了平压强度的预测计算公式,且预测结果与试验结果有较好的一致性。     

整体夹芯中空复合材料的性能研究与开发应用

整体夹芯中空复合材料是一种新型的结构、功能材料,具有学性能优异,可设计性强的特点.本文研究了中空复合材料的成型工艺、连接方式,制作了满足测试要求的测试件,对材料的经、纬向的拉伸、平压、双层剪切和四点弯曲等性能进行了测试研究,获得了该种材料的主要力学性能参数,并与类似的蜂窝等夹层材料进行了性能对比.简单概述了该类材料的应用开发情况,并展望了在国内的开发与应用前景.     

整体夹芯中空复合材料的性能研究与开发应用EI

整体夹芯中空复合材料是一种新型的结构、功能材料,具有学性能优异,可设计性强的特点.本文研究了中空复合材料的成型工艺、连接方式,制作了满足测试要求的测试件,对材料的经、纬向的拉伸、平压、双层剪切和四点弯曲等性能进行了测试研究,获得了该种材料的主要力学性能参数,并与类似的蜂窝等夹层材料进行了性能对比.简单概述了该类材料的应用开发情况,并展望了在国内的开发与应用前景.     

混杂比对碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料弯曲性能的影响

将玄武岩纤维置于混杂铺层的压缩侧,研究了碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料的弯曲性能及混杂比对其弯曲性能的影响。通过对试样进行三点弯曲试验得到了材料的弯曲性能,并通过扫描电子显微镜观察材料的失效模式。与纯碳纤维增强环氧树脂基复合材料相比,当混杂比为16.7%和33.3%时,混杂复合材料的弯曲强度明显提升,弯曲强度分别提高12.4%和15.2%,但是其弯曲模量随着混杂比的提升而降低。混杂后的材料及玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料的失效位移都高于碳纤维增强环氧树脂基复合材料,断裂韧性明显提升。从侧面观察可以发现不同铺层在压缩侧、拉伸侧和中间层有不同的失效形式。      

金属-机织复合材料混合结构的三点弯曲力学性能及失效机理EI北大核心CSCD

为解决传统金属与复合材料混合成形方法中存在的分层失效、纤维破坏等问题,设计一种结合金属增材制造、复合材料机织与缝合等工艺的新型混合结构,将金属骨架与机织复合材料法向缝合后共固化成形,增加异质材料之间的结合强度,实现宏观尺度上金属与复合材料的灵活成形与稳定连接。通过三点弯曲实验研究新型混合结构的面内弯曲性能,采用非接触式图像测量手段分析混合结构样件的损伤形貌及失效机理。结果表明:混合结构失效是多种失效模式的组合,包括纤维层上侧压缩/下侧拉伸断裂、异质材料层间失效及金属塑性损伤等;层间分层是由界面旁侧存在基体裂纹和层间剪应力、相邻层间刚度不相容等多因素造成的;随着样件结构厚度增加,其结构弯曲强度和弯曲弹性模量均增大;开孔处引入缝合纤维可以在一定程度上抑制分层裂纹的扩展,提高结构抗分层断裂性能。     

飞机典型薄壁复合材料夹层结构整体屈曲

为了研究飞机机身无筋无框复合材料典型薄壁夹层结构在型号上应用的可行性,本文采用解析方法、有限元方法和试验方法对蜂窝夹层复合材料结构的面内压缩和剪切整体屈曲开展系统研究。基于经典层合板理论和工程解析方法推导蜂窝夹层复合材料的压缩和剪切屈曲载荷随试验件尺寸的变化规律。依据某型飞机机身典型结构分别设计压缩和剪切试验件尺寸大小、边界条件和加载方式。利用有限元商用软件ABAQUS对试验设计建立虚拟试验分析,对比验证解析方法和有限元方法的一致性。最后通过真实试验方法确定解析方法和有限元方法的有效性,并验证典型薄壁夹层结构的承载能力和破坏模式。结果显示,压缩试验结果失效模式与理论预测一致,故3种方法得到的结构整体失稳载荷相近,验证了理论方法的有效性;剪切试验结果发生局部破坏,故试验结果偏低,但有限元方法与解析方法所得结果一致,解析方法相对保守。     

Effect of Hierarchical Geometries Matching on the Crashworthiness of Honeycomb

Structural hierarchy has become a popular technique to improve the crashworthiness of engineering structures. A study is conducted to explore the interaction between hierarchical geometries and determine the optimum honeycomb configuration that improves crashworthiness. Nine distinct second-order vertex-based hierarchical honeycombs are constructed by iteratively replacing the vertices of a square-based honeycomb with squares, circles, and octagons. Validated finite element models are then established to investigate the out-of-plane crashworthiness performance. Subsequently, the effect of the hierarchical geometry combinations and cell length ratios on the crashworthiness performance of the nine honeycombs is studied. The study showed that the second-order hierarchical honeycomb exhibited superior crashworthiness performance under the same relative density compared to the regular and first-order hierarchical square honeycombs. The study determined that the circle is a suitable matching geometry in the first- and second-order hierarchies for improving the crashworthiness of a square-based honeycomb. Using Complex Proportional Assessment, the Square-Circle-Circle ranked as the optimum structure for crashworthiness application.     

Experimental investigation of 3D sandwich structure with core reinforced by composite columns

3D sandwich structure with foam core reinforced by composite columns, a new concept of sandwich structure, is designed and manufactured. Five types of samples with different densities of composite columns (1, 1.5, 2, 2.5 and 4 columns/cm²) are fabricated, tested and analyzed under bending, out-of-plane compressive and shear loadings. The mechanical properties of compressive, bending and shear increase with increasing of the densities of composite columns. The failure modes were investigated under the optical microscope. The plasticity of the column–core sandwich structure subjected to bending and shear loads can be explained by the mechanism of the inclination and chain-like failure of composite columns.     

Kevlar短纤维增韧碳纤维/铝蜂窝夹芯板三点弯曲与面内压缩性能

介绍了碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的Kevlar短纤维界面增韧方法。通过三点弯曲实验和面内压缩实验,对比增韧试件与未增韧试件的载荷位移曲线、破坏模式等特征,发现未增韧试件往往先发生界面分层破坏,继而面板和芯体分别发生局部破坏;而增韧试件通常发生整体破坏。实验数据显示,Kevlar短纤维界面增韧可以使碳纤维/铝蜂窝夹芯板的抗弯强度、压缩强度、能量吸收等力学性能分别至少提高14.06%、55.80%和61.53%。对破坏后界面的SEM观测发现:增韧试件并未发生界面脱粘,而是由于芯体撕裂造成面/芯剥离,揭示了Kevlar短纤维的界面增韧机制。对具有Kevlar短纤维界面增韧的碳纤维/铝蜂窝夹芯结构进行有限元建模,并分别对其在三点弯曲和面内压缩载荷下的力学行为进行数值分析,以指导该类夹芯结构的分析与设计。     

Mechanical behavior of carbon fiber reinforced polymer composite sandwich panels with 2-D lattice truss cores

Composite sandwich structures with lattice truss cores are attracting more and more attention due to their superior specific strength/stiffness and multi-functional applications. In the present study, the carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite sandwich panels with 2-D lattice truss core are manufactured based on the hot-pressing method using unidirectional carbon/epoxy prepregs. The facesheets are interconnected with lattice truss members by means of that both ends of the lattice truss members are embedded into the facesheets, without the bonding procedure commonly adopted by sandwich panels. The mechanical properties of the 2-D lattice truss sandwich panels are investigated under out-of-plane compression, shear and three-point bending tests. Delamination of the facesheets is observed in shear and bending tests while node failure mode does not occur. The tests demonstrate that delamination of the facesheet is the primary failure mode of this sandwich structure other than the debonding between the facesheets and core for conventional sandwiches.     

多级三角形格栅夹芯板力学分析

为了提高点阵复合材料结构的轻质高强力学特征,尤其提高其抗屈曲性能,设计了一种新型的多级三角形格栅夹芯板结构。根据等效连续介质力学方法提出了多级三角形格栅夹芯板的等效计算理论,预测了拉伸主导型多级三角形格栅夹芯板结构的等效弹性模量以及等效抗弯刚度。分析了侧压条件下多级三角形格栅夹芯板的弹性屈曲载荷和强度破坏模式。在理论模型的基础上绘制了侧压条件下多级三角形格栅夹芯板结构的失效模式图,指出了结构破坏模式与多级三角形格栅夹芯板尺寸之间的对应关系。研究表明:具有工字型截面的多级三角形格栅夹芯板结构相比于传统矩形截面格栅结构具有更高的抗弯刚度和弹性屈曲载荷,是一种性能更加优越的轻质高强点阵结构。      

工艺因素对修理后蜂窝夹芯结构侧压性能的影响

对三种方法修理后复合材料蜂窝夹芯板的侧压性能进行了试验研究, 结果表明, 不同修理方法均可以有效恢复试件的侧压强度, 所有试件侧压强度恢复率均在完好板强度的79%之上。使用k样本Anderson-Darling检验方法对试验结果进行分析, 比较固化温度及固化设备等工艺因素对修理后试件力学性能的影响。结果表明: 使用中温固化材料完成修理不会对修理结构的力学性能造成明显影响, 同时使用热压罐完成修理区域固化通常可以改善修理后试件的力学性能, 但改善程度与试件修理区域的有效高度密切相关; 此外修理时要尽量避免非对称结构引起的附加弯矩对承载能力造成的不利影响。