三明治复合板材平压性能实验研究与仿真模拟

摘要

由于夹层结构复合材料的优异性能，近年对其研究一直在深入。本文采用高强低伸工业涤纶为原料加工机织间隔织物，对间隔织物空间进行泡沫填充，面层与树脂进行复合，制得了三明治型复合板材，并对板材的各项平压力学性能进行了实验研究和仿真模拟分析。
　　首先进行了三明治复合板材的设计与加工。由于三明治型复合板材的压缩性能主要取决于其夹芯结构，接结纱细度、聚氨酯泡沫的填充密度不同会影响板材的平压性能，在间隔织物织造过程中，通过改变接结纱的细度，设计加工了5种接结纱细度的板材，在填充过程中通过改变填充聚氨酯泡沫材料的用量，设计加工了7种填充密度的板材，并对其平压性能进行了测试分析。
　　其次，对实验结果进行了分析;通过分析典型载荷变形曲线，可知三明治复合板材的平压过程分为契合区、弹性区、屈服区和压实区。利用回归分析方法可知，随着接结纱细度的增加，三明治复合板材各项平压力学指标也逐渐增加;接结纱细度增加到一定程度后，由于接结纱与填充泡沫的协同作用，三明治复合板材所能承受的载荷增加量逐渐不明显。通过分析载荷变形曲线，得知随着填充密度的增加，三明治复合板材各项力学指标呈现整体上升趋势，增加到一个极限密度后各项平压力学指标开始下降，泡沫填充密度与板材平压强度呈抛物线关系，存在一个极限密度，使得三明治复合板材各项平压力学指标达到最高。
　　最后，利用有限元分析软件AYSYS Workbench构建了三明治复合板材的仿真模型并进行了模拟实验。通过观察等效应力、应变分布云图，得知了板材在受到平压载荷时的应力、应变分布状况;通过模拟实验得出:三明治复合板材的结构对其力学性能具有增强作用;不同结构参数对三明治复合板材的力学性能的影响与实际实验结论相吻合，具有很好的可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 机织间隔织物研究及应用

1．2．1 机织间隔织物的织造方法

1．2．2 机织间隔织物复合材料力学性能研究进展

1．3 有限元法在机织间隔织物复合材料研究中的应用进展

1．3．1 有限元法

1．3．2 有限元分析软件ANSYS

1．3．3 ANSYS软件在纺织复合材料分析中的应用

1．4 课题的研究内容

1．4．1 三明治复合板材的制备

1．4．2 接结纱细度对三明治复合板材平压性能的影响

1．4．3 泡沫填充密度对三明治复合板材平压性能的影响

1．4．4 基于ANSYS Workbench的三明治复合板材仿真模型的建立

1．4．5 仿真模拟实验与结果分析

第2章 间隔织物的织造

2．1 机织间隔织物原料的选择

2．1．1 间隔织物原料选择的发展

2．1．2 聚酯纤维基本性能特点

2．1．3 本文所选聚酯纤维特点

2．2 间隔织物的织造

2．2．1 间隔织物的织造方法

2．2．2 间隔织物组织结构设计

2．3 间隔织物的加工

2．3．1 整经工艺

2．3．2 穿结经

2．3．3 上机织造

2．4 本章小结

第3章 三明治复合板材的填充及复合

3．1 泡沫填充材料的选用

3．1．1 聚苯乙烯泡沫材料

3．1．2 聚氨酯泡沫材料

3．2 填充模具的设计加工

3．2．1 模具的选材

3．2．2 模具结构设计与加工

3．3 机织间隔织物的填充

3．4 三明治复合板材的复合

3．4．1 基体材料的选择

3．4．2 树脂基体胶液的制备

3．4．3 树脂基体的复合

3．4．4 树脂基体的固化

3．5 复合板材的切割

3．6 本章小结

第4章 接结纱细度对三明治板材平压性能的影响

4．1 不同接结纱细度的三明治复合板材平压性能测试

4．1．1 实验准备

4．1．2 实验步骤

4．2 实验结果

4．2．1 原始数据整理

4．2．2 绘制载荷—变形曲线

4．3 板材平压载荷—变形曲线分析

4．3．1 典型平压载荷变形曲线分析

4．3．2 不同接结纱细度的板材平压载荷—变形曲线分析

4．4 波兰角平分线法求平压契合点和屈服点

4．4．1 考波兰角平分线法求平压契合点

4．4．2 考波兰角平分线法求平压屈服点

4．5 五种不同接结纱细度板材平压性能分析

4．5．1 不同接结纱细度板材契合变形分析

4．5．2 不同接结纱细度板材屈服变形分析

4．5．3 不同接结纱细度板材平压强度分析

4．5．4 不同接结纱细度板材弹性模量分析

4．5．5 不同接结纱细度板材平压最大受力分析

4．5．6 不同接结纱细度的三明治复合板材压实区分析

4．6 本章小结

第5章 泡沫填充密度对三明治板材平压性能的影响

5．1 不同泡沫填充密度的板材平压性能测试

5．1．1 实验原始数据归纳

5．1．2 不同泡沫填充密度板材应力—应变曲线

5．1．3 考波兰角平分线法求的契合点和屈服点

5．2 不同泡沫填充密度的三明治复合板材平压性能分析

5．2．1 不同泡沫填充密度板材平压契合变形分析

5．2．2 不同泡沫填充密度板材平压屈服变形分析

5．2．3 不同泡沫填充密度板材平压强度分析

5．2．4 不同泡沫填充密度板材平压最大受力分析

5．3 本章小结

第6章 三明治复合板材力学性能有限元模拟

6．1 几何模型的建立

6．1．1 软件介绍

6．1．2 模型的简化

6．1．3 参数的确定

6．1．4 模型的建立及参数设定

6．2 泡沫应变为弹性应变时模型的实验与分析

6．2．1 等效应力云图分析

6．2．2 等效应变云图分析

6．2．3 模型平压受力传导及应变过程分析

6．2．4 间隔织物与泡沫协同效应分析

6．3 泡沫应变为弹塑性应变时模型的实验与分析

6．3．1 仿真模型的建立

6．3．2 仿真模型的完善

6．3．3 仿真模型的应力分布云图分析

6．3．4 仿真模型的可靠性验证

6．3．5 仿真模型的预测实验

6．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢