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。     

结构/隐身一体化宽频聚甲基丙烯酰亚胺吸波泡沫的制备与性能

由于泡沫夹芯型结构复合材料具有轻质、宽频、高效、兼容等优点，是雷达吸波材料的理想选择。新型聚甲基丙烯酰亚胺泡沫因具有良好的力学性能、热变形温度和化学稳定性，受到高性能夹层结构复合材料领域的广泛关注。为了使聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫具有吸波功能，在制备PMI泡沫的过程中需要加入吸波剂，但是吸波剂通常密度较大、易沉淀。若没有在制备方法中使用防沉淀技术或均匀分散技术，吸波剂在聚合过程中会出现严重沉降，吸波剂难以发挥最大功效，且泡沫原有的力学性能降低严重。因此，文中通过对聚甲基丙烯酰亚胺吸波泡沫制备工艺的改进，系统研究了增黏剂、交联剂及吸波剂含量对泡沫结构与性能的影响，通过二氧化硅增黏工艺，使吸波剂在泡沫中分散均匀，成功制备了力学性能及吸波性能优异的吸波泡沫，高温压缩强度到达0.7 MPa以上，并且可在2～18 GHz实现全频吸收，获得了具有结构/隐身一体化宽频聚甲基丙烯酰亚胺吸波泡沫的制备方法。     

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。     

高密度芳纶纸蜂窝的力学性能及应用前景分析

高密度芳纶纸蜂窝在飞机客舱及货舱地板上应用广泛,对其制作工艺和力学性能的研究具有重要意义。将树脂微观形貌与蜂窝宏观性能结合,研究了3种高密度蜂窝力学性能存在差异的原因,对比分析了芳纶纸蜂窝、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫和铝蜂窝作为复合材料夹层结构用芯材的优缺点。结果表明:高密度芳纶纸蜂窝的力学性能和节点胶柱面积均随着密度的增大而增大,其力学性能优于PMI泡沫,耐腐蚀性能和抗屈曲性能优于铝蜂窝,但高密度芳纶纸蜂窝工艺控制困难,在制备过程中易出现树脂分布不均匀的现象。     

结构吸波泡沫及其夹层结构隐身材料的研究现状

本文综述了传统粉体、导电纤维、复合吸收剂、纳米材料改性以及蜂窝-泡沫复合体等几类结构吸波泡沫材料及其夹层结构隐身复合材料方面的研究现状和进展,并对结构吸波泡沫材料的未来发展进行了展望.     

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。     

聚甲基丙烯酰亚胺泡沫夹层结构全生命周期的关键技术研究进展

聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethylimide,PMI)泡沫夹层结构特有的性能优势使其广泛应用于航空航天领域。为推动PMI泡沫夹层结构的稳定化、系列化和高性能化,本文系统地综述了面向全生命周期的PMI泡沫夹层结构设计与制造技术的研究现状与发展趋势。首先,总结了PMI泡沫及其夹层结构的性能和应用现状,分析了PMI泡沫夹层结构的市场需求。然后,概述了面向全生命周期的PMI泡沫夹层结构关键技术现状,包括PMI泡沫研发、结构设计与分析、结构固化成型、维修及维护。最后,展望了PMI泡沫夹层结构的发展趋势,以期为该领域后续的研究工作提供参考。      

多级复合材料蜂窝结构的力学性能

根据多级结构设计思想,把高性能聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫加入到单向碳纤维增强树脂复合材料之间,制备多级复合材料蜂窝结构。对多级复合材料蜂窝结构的平压性能进行了研究,包括多级复合材料蜂窝结构平压性能的理论预报和试验验证。研究了多级复合材料蜂窝结构平压性能随结构等效密度变化的关系。并对多级复合材料蜂窝结构的三点弯曲性能进行了研究,主要包括理论预报和试验验证。通过理论研究对结构的失效模式进行了预报,绘制了失效模式机制图,并通过三点弯曲试验对理论预报结果进行了验证。      

填充吸波泡沫的碳纤维复合材料格栅结构吸波性能计算

采用空间回路网法计算得到填充吸波泡沫的碳纤维复合材料格栅结构的电磁散射性能。根据格栅结构的周期性排布特征,采用Floquet 定理分析结构的周期性边界条件,将计算模型简化为一个周期单元进行电磁场分布计算。通过计算结果分析结构在不同频率、不同单元体尺寸下的吸波性能。计算表明：对于含吸波泡沫的复合材料格栅结构,其吸波性能明显好于未填充结构;格栅单元中所填充的泡沫厚度以及泡沫体积分数是影响格栅结构吸波性能的2个主要因素。     

蜂窝状三维整体机织结构型吸波复合材料的设计、制备与性能

为了解决蜂窝夹层结构材料的开裂和分层问题,以玄武岩纤维长丝纱和碳纤维长丝纱为原料,在普通织机上,经合理设计,织造了顶层为透波层、中间层为吸波层和底面为反射层的蜂窝状三维整体机织结构型吸波织物;其次,以蜂窝状三维整体机织结构型吸波织物为增强体,双酚A型环氧树脂为基体,羰基铁粉(CIP)和炭黑(CB)为吸波剂,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)成型工艺,制备了不同结构参数的蜂窝状三维整体机织结构型吸波复合材料;最后,采用矢量网络分析仪和万能试验机分别对蜂窝状三维整体机织结构型吸波复合材料的吸波性能和力学性能进行研究。研究表明,其有良好的整体性能,兼具吸波和承载能力。     

纸瓦楞-蜂窝复合夹层结构的跌落冲击缓冲性能研究

针对纸瓦楞与纸蜂窝的复合夹层结构在跌落冲击动态压缩条件下的缓冲防护性能,研究了纸蜂窝厚度对单面、双面复合形式的冲击加速度响应、变形特征和缓冲吸能特性的影响规律。结果表明,瓦楞夹层先压溃,其次是蜂窝夹层,而且较大的蜂窝厚度会引起纸蜂窝芯层的次坍塌行为。在相同冲击质量或冲击能量条件下,同一蜂窝厚度的单面复合夹层结构的单位体积吸能、比吸能和行程利用率较双面复合结构分别增加了7.94%、28.34%和8.47%,但总吸能较于双面复合结构降低了16.12%,单面复合夹层结构的缓冲吸能特性优于双面复合夹层结构,而双面复合夹层结构的抗冲击性能优于单面复合夹层结构。对于纸蜂窝厚度10 mm、15 mm、20 mm和25 mm的复合夹层结构,低冲击能量作用下蜂窝厚度的增加降低了结构的缓冲吸能特性,高冲击能量作用下蜂窝厚度的增加提高能量吸收能力。纸蜂窝厚度10 mm、15 mm、20 mm和25 mm的复合夹层结构的比吸能、单位体积吸能和行程利用率是蜂窝厚度70 mm的复合夹层结构的1 倍~3 倍,较低厚度的纸蜂窝更有利于复合夹层结构的缓冲吸能。     

基于响应面方法的碳纤维蜂窝板有限元模型修正

蜂窝板是一种特殊的高强度轻质复合材料,在卫星等航天器结构中应用广泛。MSC/NASTRAN和ANSYS等大型通用有限元软件中没有蜂窝结构单元库,只能用蜂窝板等效结构参数进行计算,等效过程中的简化导致有限元计算结果与试验测量值之间存在差异。基于响应面的模型修正方法可以避免每次迭代都调用有限元程序,提高计算效率。依据三明治夹芯板理论计算蜂窝芯等效结构参数,用ANSYS中的SHELL91单元建立多铺层碳纤维蜂窝板模型,用基于均匀设计的试验设计方法进行试验设计,获得蜂窝板在各因素和水平下的试验数据,构造二次多项式响应面,并用带变异算子的改进粒子群算法对蜂窝芯结构等效参数进行修正,修正后参数代入有限元模型,能有效改善模型计算质量。     

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。      

纸蜂窝夹芯复合板材静态缓冲性能研究

目的为了新型纸蜂窝夹芯复合板材在运输包装中的推广应用,对新型泡状纸蜂窝夹芯复合板和纸蜂窝夹芯复合平板的缓冲性能和吸能特性进行研究。方法主要通过静态压缩实验,研究不同芯高的纸蜂窝结构类板材的应力-应变曲线、总能量吸收图、单位体积能量吸收图和缓冲系数-应变曲线,分析结构和芯高对板材静态压缩性能的影响。结果数据表明同种芯高的板材,纸蜂窝夹芯复合平板的应力峰值稍高;纸蜂窝夹芯复合平板的能量吸收、单位体积能量吸收最好;泡状纸蜂窝夹芯板由于泡结构的作用,缓冲性能大大增强。结论纸蜂窝夹芯复合平板的平压强度最好,而泡状纸蜂窝夹芯复合板的缓冲性能优于同等结构的蜂窝纸板,2种板材都有很好的应用前景。     

碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用,其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型,用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应,并计算分析了复合结构的隔声性能,分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明,面板采用碳纤维复合结构时,在小于1 000 Hz的低频段,相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低,而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷;相较于铝合金面板,复合结构的面板采用碳纤维复合材料时,能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能;各层之间按相对90°铺设时复合结构隔声性能最好;随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加,面板层总厚度不变的情况下,单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。     

气凝胶纸蜂窝夹层板的隔热性能

为改善气凝胶复合材料的承压能力,设计了一种纸蜂窝作为夹层,两侧复合气凝胶复合材料的夹层板,并探究该夹层板能否取代聚氨酯泡沫,应用于冷库墙体保温夹层.利用导热系数仪测得的试验数据,对纸蜂窝、气凝胶复合材料、气凝胶纸蜂窝夹层板的隔热性能进行了分析,讨论材料厚度对气凝胶蜂窝夹层板导热性能的影响.结果表明:纸蜂窝的厚度较小时,气凝胶纸蜂窝夹层板的导热系数均低于聚氨酯泡沫板;当纸蜂窝厚度为10 mm、孔径为6 mm,气凝胶复合材料厚度为10 mm或15 mm时,气凝胶纸蜂窝夹层板的导热系数低于0.03 W/(m·K),满足我国保温隔热行业材料的使用要求.     

Ballistic behaviors of injection-molded honeycomb composite

The purpose of this study is to explore a new type of structure design and injecting material selection of the composite sandwich bulletproof system. A re-entrant hexagonal honeycomb with the negative Poisson’s ratio effect was designed. Thermoplastic polyurethanes (TPU), polypropylene (PP) and polycarbonate (PC) were chosen to inject into the re-entrant honeycomb structure by injection molding to form the composite sandwich layers. The total bulletproof system was later constructed with the boron carbide ceramic plates and aluminum alloy plates. The mechanical behaviors and energy absorption characteristics of different composite sandwich layers were investigated by quasi-static and dynamic compression tests. The dynamic responses of different structured layers were analyzed via numerical simulations in ANSYS/LS-DYNA, which employed 7.62 mm projectiles. The results indicated that the injection-molded composite sandwich layer shows excellent compressive strength and energy absorption capacity. The bulletproof performance of the injection-molded system has been greatly improved comparing with the non-injected molded system. Compared with TPU and PP, the composite injected with PC presents optimal penetration resistance.     

蜂窝夹层复合材料结构非线性传热分析

考虑材料热物性随温度变化的影响,针对蜂窝夹层复合材料结构的特点,假定其内部的瞬态温度场的分布状况,并在此假定的基础上基于三维各向异性热传导理论及复合材料层合结构传热分析的热叠层方法,提出一种针对蜂窝夹层复合材料结构的改进的计算方法,并推导出蜂窝夹层复合材料结构瞬态温度场分析的有限元方程。应用这种方法对热物性非线性蜂窝夹层复合材料板的瞬态温度场进行分析,数值算例结果显示了材料特性的非线性对蜂窝夹层复合材料板热传导的影响,只有非线性程度很小时忽略非线性因素导致的误差才可被忽略;当非线性程度较强烈时,考虑非线性因素的计算结果与忽略非线性因素的计算结果就会产生很大偏差。