夹层结构复合材料低速冲击试验与分析

设计了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫、 交联聚氯乙烯(X-PVC)泡沫、 NOMEX蜂窝、 缝合PMI以及开槽PMI泡沫等形式的玻璃布面板夹层结构复合材料, 研究了芯材种类和厚度、 面板玻璃布层数以及缝合和开槽等因素对夹层结构低速冲击性能的影响。结果表明, PMI泡沫芯较X-PVC泡沫芯和NOMEX蜂窝芯具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫密度及面板厚度的增加, 夹层结构复合材料的冲击破坏载荷和破坏吸收能量增大。合理的缝合和开槽, 能够增加PMI泡沫夹层结构的强度、 刚度及界面性能, 提高冲击承载能力。     

无反射层泡沫夹层结构设计及吸波性能研究EI北大核心CSCD

针对无反射层的电磁隐身需求,本工作对透波层/吸波泡沫/透波层的夹层结构的吸波性能进行仿真计算,据此制备不同电磁参数的吸波泡沫,对其进行电磁特性表征,并研究吸波泡沫夹层结构的雷达散射截面(RCS)性能。结果表明:在吸波泡沫介电常数为2.3~2.7,介电损耗为0.24~0.26时,无反射层的夹层结构在宽频范围内具有最优的吸波性能。加入炭黑吸收剂泡沫的介电常数和介电损耗具有明显的变化规律,吸波PMI泡沫的电磁特性与仿真计算最优吸波泡沫较接近。炭黑质量分数为8%时吸波PMI泡沫夹层结构在2~18 GHz频率范围内具有最优的隐身性能,与仿真计算结果相对应,其通过低频透波、高频吸波实现电磁波隐身。     

夹层结构复合材料的吸波隐身技术研究进展

综述目前国内外夹层结构复合材料吸波隐身技术的特点、主要研究方向以及应用情况,包括蜂窝夹层结构和泡沫塑料夹层结构。介绍蜂窝夹层结构的吸波隐身技术的研究进展,指出影响蜂窝夹层结构吸波性能的主要影响因素,包括蜂窝本身的规格尺寸以及浸渍胶液体系等。分析聚氨酯和聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)两种常用的泡沫夹芯吸波复合材料的吸波性能和力学性能,指出具有高力学性能、高耐热性的吸波性PMI泡沫塑料泡沫夹层结构是吸波隐身夹层结构技术未来的主要研究方向。     

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...     

航空用国产高性能PMI泡沫塑料性能研究

阐述了PMI泡沫塑料的特性及国内外研究现状,对国产和进口PMI泡沫开展了物理、力学、耐高温性能测试,分析对比了国内外PMI泡沫性能测试结果。结果表明,国产PMI泡沫与国外同类产品性能相当,并且能够满足某型飞机的使用要求。     

不同单体配比聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备与性能

以甲基丙烯酸(MAA)和丙烯腈(AN)为单体,通过加热结合超声的方法引发反应,快速制备了不同单体配比的聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫。通过傅里叶变换红外光谱、热重分析、动态力学热分析、垂直燃烧、极限氧指数(LOI)和扫描电镜对PMI泡沫结构、热性能、燃烧性能和形貌进行表征,同时对PMI泡沫的力学强度进行分析。结果表明,高温下氰基与羧基通过重排异构化反应生成酰胺键,制备的PMI泡沫具有良好的成炭性能和较高的玻璃化转变温度,LOI随AN含量的增加而提高,泡沫呈蜂窝状结构,孔径在0.1~0.3 mm之间。力学性能分析表明,PMI泡沫具有较高的力学强度,50.1 kg/m 3的PMI泡沫的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别为1.85 MPa、2.71 MPa和3.74 MPa。     

梯度铝泡沫夹层结构抗爆性能仿真与优化

采用动力显式有限元方法,以面比吸能和背板最大变形量为评价指标,研究了铝合金面板—梯度铝泡沫芯体—装甲钢背板夹层结构的抗爆性能。分析了芯体密度梯度排布对结构抗爆性能的影响,并与均匀密度铝泡沫夹层板进行了对比。同时,基于径向基函数建立了夹层结构抗爆性能预测响应面模型,在此基础上对夹层结构进行了多目标优化设计。结果表明,铝泡沫芯体相对密度排布顺序对夹层结构抗爆性影响明显;具有最佳芯体密度梯度排布的铝泡沫夹层结构的抗爆性能明显优于等质量的均匀密度铝泡沫夹层结构;多目标优化可进一步提高梯度铝泡沫夹层结构的综合抗爆性能。     

全厚度缝合复合材料泡沫芯夹层结构力学性能研究与损伤容限评定

探索了全厚度缝合复合材料闭孔泡沫芯夹层结构低成本制造的工艺可行性及其潜在的结构效益。选用3 种夹层结构形式, 即相同材料和工艺制造的未缝合泡沫芯夹层和缝合泡沫芯夹层结构及密度相近的Nomex 蜂窝夹层结构, 完成了密度测定、三点弯曲、平面拉伸和压缩、夹层剪切、结构侧压和损伤阻抗/ 损伤容限等7 项实验研究。结果表明, 泡沫芯夹层结构缝合后, 显著提高了弯曲强度/ 质量比、弯曲刚度/ 质量比、面外拉伸和压缩强度、剪切强度和模量、侧压强度和模量、冲击后压缩(CAI) 强度和破坏应变。这种新型结构形式承载能力强、结构效率高、制造维护成本低, 可以在飞机轻质机体结构设计中采用。      

PMI泡沫复合材料夹层结构的无损检测方法

主要讲述了目前适用于PMI泡沫夹层结构的各种无损检测方法。回顾了泡沫夹层结构常用的无损检测方法:空气耦合超声方法、脉冲回波超声方法以及激光错位散斑干涉方法。针对不同的缺陷形式,对比了无损检测的效果。     

聚甲基丙烯酰亚胺/有机蒙脱土泡沫的制备与性能

以甲基丙烯酸(MAA)和丙烯腈(AN)为单体,以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,以有机改性蒙脱土(OMMT)为填料,通过单体原位插层聚合的方法,制备了聚甲基丙烯酰亚胺/有机蒙脱土(PMI/OMMT)泡沫。通过傅里叶变换红外(FT-IR)和X射线衍射(XRD)对OMMT的结构进行表征,通过热重分析(TGA)、动态力学热分析(DMA)、垂直燃烧、极限氧指数(LOI)和扫描电镜(SEM)对PMI/4OMMT泡沫热性能、燃烧性能和形貌进行表征,同时对PMI/4OMMT泡沫的力学强度进行分析。结果表明,十六烷基三甲基溴化胺(CTMAB)插层进入钠基蒙脱土(Na-MMT)层间,使层间距由1.25nm增加到2.20nm。制备的PMI/4OMMT泡沫具有良好的成炭性能和较高的玻璃化转变温度,OMMT的加入提高了PMI/4OMMT泡沫的LOI,泡沫呈蜂窝状结构,孔径在0.1~0.4mm之间。力学性能分析表明,PMI/4OMMT泡沫具有较高的力学强度,PMI60/4OMMT泡沫的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别为1.45MPa、2.11MPa和3.15MPa。     

湿热环境对PMI泡沫夹芯复合材料性能的影响

采用聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫、碳纤维增强环氧树脂（EW220/5258）复合材料面板制备了PMI泡沫夹芯复合材料,研究了PMI泡沫夹芯复合材料、EW220/5258复合材料面板及PMI泡沫芯材的吸湿特性,并讨论了湿热对PMI泡沫夹芯复合材料的压缩性能及介电性能的影响。结果发现：PMI泡沫夹芯复合材料的饱和吸湿时间...     

Dimensional Changes in CFRP/PMI Foam Core Sandwich Structures

A sandwich structure was observed from the beginning of life—starting at the vacuum assisted manufacturing process up to several environmental in service conditions. Strain variations due to curing process at the manufacturing, well as thermal fluctuations and humidity environments in service were detected and reviewed by their influence on the overall dimensional stability. The CFRP/PMI foam core sandwich structure was checked for an application as a primary structure in commercial aviation with its specific environmental requirements.     

泡沫铝夹层结构复合材料低速冲击性能

以泡沫铝为夹芯材料,玄武岩纤维(BF)和超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)复合材料为面板,制备夹层结构复合材料。研究纤维类型、铺层结构和芯材厚度对泡沫铝夹层结构复合材料冲击性能和损伤模式的影响规律,并与铝蜂窝夹层结构复合材料性能进行对比分析。结果表明:BF/泡沫铝夹层结构比UHMWPE/泡沫铝夹层结构具有更大的冲击破坏载荷,但冲击位移和吸收能量较小。BF和UHMWPE两种纤维的分层混杂设计比叠加混杂具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫铝厚度的增加,夹层结构复合材料的冲击破坏载荷降低,破坏吸收能量增大。泡沫铝夹层结构比铝蜂窝夹层结构具有更高的冲击破坏载荷,但冲击破坏吸收能量较小;泡沫铝芯材以冲击部位的碎裂为主要失效形式,铝蜂窝芯材整体压缩破坏明显。     

Insight into the shear behaviour of composite sandwich panels with foam core

While sandwich construction offers well-known advantages for high stiffness with light weight, the problem of designing the sandwich structure to withstand shear loading remains an important problem. This problem is more difficult with lower stiffness foam cores under high shear loading because the core is typically the weakest component of the structure and is the first one to fail in shear under the assuming of perfect contact between the skin and the foam core. In the present study, the shear response of the composite sandwich panels with Polyvinylchloride (PVC) foam core was investigated. The PVC H100 foam core is sandwiched between Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) skins using epoxy resin to build a high performance sandwich panel to be investigated. Experiments have been carried out to characterise the mechanical response of the constituent materials under tension, compression and shear loading. Static shear tests for the sandwich panel reveal that the main failure mode is the delamination between the skin and the core rather than shearing the core itself due to the considerable value of the shear strength of the PVC foam. The Finite Element Analysis (FEA) of the sandwich structure shows that shear response and failure mode can be predicted, but that accurate predictions require a consideration of the non-linear response of the foam core. The results have a direct application in predicting the ability of the sandwich structure to withstand the shear loading.     

Experimental study of the low-velocity impact behaviour of primary sandwich structures in aircraft

The susceptibility of sandwich structures to localised (impact) damage is one of the main reasons why the sandwich concept is not yet used in large primary aircraft structures of airliners. The objective of this work is to experimentally investigate the damage tolerance of representative composite sandwich panels for primary aircraft structures. Instrumented low-velocity impact tests were performed on sandwich specimens consisting of carbon Non-Crimp Fabric/epoxy facings and a Rohacell (PMI) foam core. Both internal and external damage resulting from these impact events was evaluated.The foam core material has a considerable influence on the amount of damage detected by ultrasonic TTU C-scan. CAI tests however showed that this core damage has no significant influence on the residual compressive strength of the specimens.     

面板材料对泡沫铝夹芯梁抗冲击性能的影响

为考查泡沫铝夹芯梁面板材料对其抗冲击性能的影响,运用数值模拟方法计算了相同重量下面板材料分别为304#不锈钢、工业纯铝和HRB335级钢三种泡沫铝夹芯梁在不同冲量作用下的动力响应;分析了面板材料对泡沫铝夹芯梁跨中变形及芯材压缩应变的影响.结果显示,在冲量相同的情况下,面板材料对泡沫铝夹芯梁的抗冲击性能有一定的影响;爆炸...