泡沫夹层复合材料与复合材料层合板低速冲击性能的比较

采用[0°]8,[0°,90°]2s方式铺成的碳纤维增强环氧树脂预浸料作为泡沫夹层复合材料的面板,PMI(聚甲基丙烯酰亚胺)泡沫作为芯材,制得泡沫夹层复合材料(12mm厚);采用相同预浸料和[0°]16,[0°,90°]4s的铺层方式制备了复合材料层合板(2mm厚),对比研究了两种复合材料的低速冲击性能。结果表明:无论是泡沫夹层复合材料还是复合材料层合板,正交铺层结构比单向铺层结构的冲击载荷峰值高,冲击损伤程度小,抗冲击能力好;在两种铺层方式下,泡沫夹层复合材料的抗冲击能力明显优于复合材料层合板的。     

织物增强相对复合材料冲击压缩性质的影响

分别采用材料试验机（MTS）和分离式霍普金斯压杆（SPHB）测试系统研究二维平纹层压复合材料（2DWCs）、三维正交复合材料（3DOWCs）和三维编织复合材料（3DBCs）在准静态和高应变率压缩载荷下的力学响应和破坏形态。通过应力-应变曲线研究三种织物结构增强树脂基复合材料的应变率效应、应变率敏感性和能量吸收性质。通过破坏形态研究三种织物增强树脂基复合材料的破坏机制。结果显示:三种复合材料都具有明显的应变率效应。面外压缩时,2DWCs的压缩刚度、强度及应变率敏感性都最高,而3DBCs最弱;但当应变率大于1 500 s-1后,3DBCs能量吸收能力最强,2DWCs能量吸收能力最弱;2DWCs增强相和3DOWCs增强相以剪切断裂形式为主,3DBCs增强相以"坍塌"压扁形式为主。面内压缩时,2DWCs的面内压缩刚度最大而面内能量吸收能力最弱,3DOWCs的面内压缩强度最高,3DBCs的断裂应变最大、面内能量吸收能力及应变率敏感性最高,2DWCs增强相以分层破坏为主,3DOWCs和3DBCs以端面膨胀破坏为主。      

多轴向经编织物增强复合材料有限元建模

以地组织为开口编链的±45°多轴向织物增强复合材料为例,基于NURBS曲线和曲面方法结合单胞思路,借助于三维绘图软件CATIA建立多轴向经编针织物的三维实体细观结构模型。把建好的多轴向经编织物和树脂基体导入有限元软件ABAQUS进行前处理网格划分。通过检测复合材料细观结构模型的网格质量,发现该模型没有错误网格,质量偏低的网格只存在于基体且只占网格总数的1.16%。结合ABAQUS求解器计算得到复合材料各部分的应力场云图。结果表明,该有限元几何模型既能有效地实现多轴向经编织物的三维形态仿真,又可以满足有限元数值分析对模型建立的要求,为该类材料的优化设计及其力学性能分析提供一种有效的分析方法。     

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。