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。     

纤维柱增强泡沫夹芯的等效力学性能研究

纤维柱增强泡沫夹芯结构是沿厚度方向在泡沫中植入纤维柱,以提高泡沫夹芯结构的抗压性能、抗剪切性能和抗弯曲性能.根据纤维柱增强泡沫夹芯结构的这一特点,通过建立细观力学模型,并结合修正的Mori-Tanaka方法预报纤维柱增强泡沫芯材的法向弹性模量和横向剪切模量.实验结果验证了该方法预报结果的准确性.利用该模型进一步探讨了纤维柱增强泡沫夹芯结构参数对芯子等效性能的影响.结果表明,纤维柱内纤维体积的变化对结构的法向弹性模量影响较大,对横向性能影响不大;纤维柱直径增大芯子法向比刚度也增大,但芯子的横向比剪切刚度反而降低.     

泡沫夹芯式复合材料结构抗弹性能试验研究

为了改善超高分子量聚乙烯纤维作为装甲材料应用的环境,设计了由聚氨酯泡沫、超高分子量聚乙烯纤维和玄武岩纤维组合形成的夹芯式防护结构,并分别对相当面密度下的单独钢板、前置钢板/夹芯板和单独夹芯板3种形式的防护结构进行了弹道试验.结果表明:夹芯板结构的使用能够较大程度的提高等面密度装甲结构的防护能力,且增加夹芯板在装甲结构中所占比重,或增加超高分子量聚乙烯在夹芯板结构中所占比重,都能提高装甲结构单位面密度的吸能量.同时,泡沫层的使用在一定程度上有利于发挥超高分子量聚乙烯纤维的抗弹吸能特性,而相同厚度软泡和硬泡对其影响相差不大.研究结果可为合理设计轻型防护结构提供参考.     

考虑横向剪应力连续的复合材料面层夹层析精化理论

采用逐段光滑位移矢假设，考虑了横向剪应力在层间的连续及表面的协调，用最小位能原理建立了复合材料面层夹层析的精化理论，所得控制方程含有７个未知量。本文可视为Ｌｉｂｒｅｓｃｕ夹层析模型的精化形式，它可直接计算出数值甚小但工程上颇为重要的层间应力。     

缝纫泡沫芯夹层结构低速冲击损伤分析

在缝纫复合材料泡沫芯夹层结构低速冲击试验研究基础上,文章开展了低速冲击损伤数值分析。首先利用有限元软件分别对未缝纫和缝纫的复合材料泡沫芯夹层结构低速冲击下的损伤面积进行了数值估算,发现两者的上面板损伤面积均大于下面板的损伤面积,但两者的主要损伤模式不同,未缝纫夹层结构的主要损伤模式为上面板损伤,而缝纫夹层结构主要以泡沫芯材压碎损伤破坏为主。有限元计算结果与试验结果吻合较好,证明文中所建立模型的正确性。随后模拟计算了冲击能量、上面板厚度、泡沫芯材厚度、缝纫密度、落锤冲击位置等五个因素变化对缝纫泡沫芯复合材料夹层结构损伤面积的影响,并进行了相关的理论分析。     

Zn-22Al泡沫夹芯复合板的三点弯曲性能

以Zn-22Al(ZA22)基泡沫材料为芯材,LY12铝板为面板制备了泡沫夹芯复合板。研究了泡沫夹芯复合板的三点弯曲行为,观察了复合板的破坏模式,分析了复合板弯曲性能的影响因素,运用层合梁刚度优化理论探讨了其机理。研究结果表明,ZA22泡沫夹芯复合板的三点弯曲载荷-位移曲线可按线性段、非线性段和失稳段表示其特征;其弯曲极限载荷随孔隙率的增大而减小,并且泡沫夹芯复合板表现出明显的层合效果。三点弯曲载荷作用下,泡沫夹芯复合板的主要失效模式为芯材的剪切破坏。     

含穿透损伤复合材料蜂窝夹芯修补结构强度分析

针对复合材料蜂窝夹芯含损及修补结构,应用渐进损伤分析方法,在验证铝蜂窝渐进损伤方法有效性的基础上,分析含穿透损伤的复合材料蜂窝夹芯结构在拉仲载荷下的失效形式与剩余强度,并进一步研究其修补结构,发现采用双面非加衬挖补修补的修理方法可以恢复结构的大部分承载能力,从而为复合材料蜂窝夹芯结构修理容限的制定提供参考.     

缝合复合材料中缝线阻滞层间裂纹扩展研究

缝合复合材料层合板的层间剪切强度是影响其设计和应用的重要因素。采用三点弯的试验原理在万能材料试验机上对目前常用的一种缝合复合材料,进行层间裂纹扩展的实验观察研究。实验参考相关的试验标准,研究结果表明:由于缝线的存在,有效地阻止了材料的分层破坏,进一步说明缝合可以有效地抵抗复合材料层合板的分层问题;同时分层的位置并不一定总是在试验件的中间层上,并且各分层出现跨层延伸,说明层合板面内的纤维也出现了破坏,破坏机理是多重的。     

复合材料L型节点强度直接计算模型研究

L型节点作为复合材料船体结构中常见的连接结构,主要用于甲板与舷侧的连接,其结构强度与复合材料船体结构强度直接相关。针对L型节点强度校核试验周期长、成本高等问题,提出一个可用于L型节点强度校核的直接计算模型。首先参考相关的船体结构计算规范确定计算模型的尺寸范围,其次通过有限元分析结合规范要求确定2种工况下计算模型的边界条件,最后以蔡-吴失效准则的状态变量值作为参考值,选取合适强度校核标准用于对L型节点强度进行快速校核,得到一个L型节点直接计算模型,为后续L型节点在复合材料船体结构中的应用提供参考依据。     

多层钢胶复合材料力学性能试验研究

采用试验方法,探讨了多层钢胶复合材料的力学性能与联合工作特性,验证了多层钢胶复合材料构件截面在弯矩作用下仍符合平截面假定,指出了粘胶层厚度及所处位置对该复合材料的破坏形态和承载力有密切关系,在此基础上,提出了多层钢胶复合材料构件设计方法及相应的计算公式,公式计算结果与试验实测数据较符合,可供参考。     

蜂窝夹心板频响特性的研究

在聚氨酯泡沫夹心板频响特性的研究基础上，制备了纸蜂窝为芯材，玻璃纤维布增强的环氧层压板和铜版纸为皮层材料的蜂窝夹心板，借助传统扬声器频率响应特性的测试方法，研究了不同结构夹心板的频响特性。研究结果表明：蜂窝孔径增大，夹心板灵敏度增加，频宽变窄；蜂窝芯厚度增加，起振频率增大，声能在低频处的吸收增加；夹心板的芯层与皮层材料的声学阻抗越匹配，频响曲线越平稳。     

周期性金属桁架夹芯板的力学性能研究进展

具有周期性桁架芯体的金属夹芯板是一种非常重要的超轻质结构．概要叙述了金属桁架夹芯板的几何模型和制备方法,重点介绍了金属桁架夹芯板力学性能在理论研究和实验研究方面的进展．分析了基体金属的性能、芯体的相对密度、芯体的拓扑结构、夹芯板的热处理以及芯体和面板的连接方式因素对夹芯板力学性能的影响．最后对未来的研究趋势进行了展望．     

受压夹层板的失效模式分析及优化设计

以减轻重量为目标,以不出现各种失效模式为约束条件,应用序列二次规划法对受压夹层板的尺寸以及金属泡沫的相对密度进行了优化设计。考虑了剪切对屈曲的影响和金属泡沫弹性模量与相对密度之间的非线性关系,对金属泡沫和波纹夹层板的失效模式进行分析。同时设计两种截面形状,得到具有更高承载能力的夹层板。最后对各种截面形状夹层板的承载能力进行比较。结果表明:通过优化截面尺寸和金属泡沫的相对密度可以提高夹层板的承载能力;对于受压金属泡沫夹层板最优相对密度为0.03689;对于波纹夹层板更优的截面是改进后的帽形加筋板的截面。     

缝线区域及界面特性对缝纫复合材料单向板力学性能的影响研究

通过试验和显微观察研究了缝纫复合材料单向层压板缝线及其周围区域的结构和损伤的形貌，以及缝纫对复合材料单向板的宏观力学性能的影响。建立了缝线与基体界面强弱对复合材料单向板的强度和刚度影响的两种有限元分析模型，并与试验结果进行了比较分析。结果表明，缝线与基体的结合处的界面特性对复合材料单向板的强度和刚度都有影响，对拉伸强度的影响尤为显著；另外，缝线区域形成的富树脂区的存在也是影响复合材料强度刚度的重要因素。     

节能复合墙板的数值分析与试验研究

节能复合墙板是由两块钢筋混凝土面板和聚苯板芯层通过斜钢丝可靠连接的复合板,具有较高的抗弯刚度和承载力,而且强度重量比高。复合墙板内混凝土面板的配筋率、洞口尺寸等参数均对复合墙板的抗弯极限承载力有影响。本文对4块复合墙板的足尺模型进行板面法向均布荷载作用下的极限承载力试验,并与ANSYS有限元软件分析结果相比较。结果表明在弹性阶段内二者较为一致,验证了计算模型的合理性,但混凝土开裂后,二者偏差较大,需要对有限元数值模型加以修正。     

预制混凝土夹芯复合墙板的应用与住宅产业化

论述了住宅产业化及其在我国的发展,分析了预制混凝土夹芯复合墙板的特点和国内外研究现状,指出发展预制混凝土夹芯复合墙板是实现住宅产业化的重要支撑,发展预制混凝土夹芯复合墙板可以有效实现建筑节能,应进一步推广这种新型节能保温墙体材料的应用.     

无粘结预应力钢板夹心混凝土组合板滑移性能分析

目的钢板与混凝土界面相对滑移是影响组合板承载力和刚度的主要因素,明确界面相对滑移分布规律及影响因素.方法利用弹性理论,建立考虑预应力钢筋内力增量和滑移刚度影响的界面相对滑移微分方程,给出对称集中荷载作用下的滑移计算公式.结果组合板最大滑移发生在组合板端部,并沿组合板纵向向跨中逐渐减小,跨中滑移为零,组合板的滑移随着连接刚度增加、含钢率增加及混凝土强度等级提高而减小.结论连接刚度是影响预应力组合板界面滑移的主要因素,混凝土强度等级、含钢率影响相对较小,预应力钢筋内力增量对滑移影响很小,可以忽略其影响.     

玻璃钢/橡胶夹层复合材料弯曲性能计算与实验

对玻璃钢／橡胶夹层梁结构在横向载荷作用下的力学特性进行分析，利用弯曲变形时夹层梁各层内和层间力的平衡方程和变形协调方程，得到以层间剪力为变量的二阶微分方程式，并利用边界条件进行求解，从而提出了更为准确的夹层梁弯曲应力和挠度的解析表达式。通过与夹层悬臂梁的弯曲实验测量结果比较，弯曲应力和挠度的相对计算误差小于10％。