复合材料泡沫夹芯结构抗冲击性能研究

摘要

复合材料夹芯结构具有轻质高强的特点，广泛应用于航空航天，交通运输，体育生活多个领域。夹芯结构形式多样，可以根据使用要求设计不同种类的夹芯结构，如高强度，高模量结构，抗冲击结构，防护结构等。对于复合材料夹芯结构，经常受到外来物体冲击或者爆炸冲击等，因此对于扩展复合材料夹芯结构的应用范围，对其抗冲击性能的研究显得尤为重要。目前复合材料夹芯结构主要研究领域是结构的Z向强度以及冲击后的抗压缩强度。从吸能角度来研究提高夹芯结构抗冲击性能研究较少，因此本文立足于提高夹芯结构吸能能力，从而提高复合材料夹芯结构抗冲击性能。
　　本文试验中主要通过测试真空辅助树脂灌注（VARI）工艺制备的方格布添加与不添加表面毡层合板的力学性能，检验层间添加表面毡能否实现层间增韧效果。同时对不同蒙皮材料，即方格布、单向布、三轴向布以及蒙皮材料间添加表面毡的夹芯结构进行准静态压痕力（QSI）试验以及落锤式低速冲击（LVI）试验，检验结构的吸能效率，并对QSI试验替代LVI试验表征夹芯结构抗冲击性进行了讨论。通过对试验数据的分析，我们可以得到以下结论：
　　（1）方格布层间添加表面毡，实现了短纤维层间增韧效果，提高了结构吸能能力。并且由于表面毡对纤维曲率的限制，降低了纤维与树脂之间的拉压应力，降低了结构破坏程度。
　　（2）蒙皮材料的不同对夹芯结构准静态压痕力（QSI）试验结果有很大影响：层间添加表面毡能提高夹芯结构的吸能效率；正交铺层试样中，方格布铺层具有最佳吸能效率，采用方格布与单向布混合的准各向同性铺层（其中方格布铺设于最外层）是准各向同性铺层中吸能效率最佳的铺层。
　　（3）夹芯结构蒙皮材料的不同对落锤式低速冲击（LVI）试验结果有较大影响：层间增韧能避免结构在单一层间发生剧烈破坏，提高结构的损伤阻抗，并且相同厚度的蒙皮，采用层间增韧技术能够提高结构的最大接触载荷以及吸能效率；夹芯结构蒙皮厚度增大对冲击最大接触载荷没有影响，反而会降低结构的吸能效率；铺层角度对不同破坏模式的试样产生不同的作用，方格布以局部纤维断裂为主，铺层角度对结构的吸能效率影响较低，单向布失效模式以分层破坏为主，夹角越小分层面积越小，导致结构吸能效率降低。方格布准各向同性铺层试样具有最佳的吸能效率。
　　（4）夹芯结构LVI与QSI试验破坏机理不同，因此选用QSI预测夹芯结构抗冲击性能具有一定的局限性。

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2夹芯结构抗冲击性能研究进展

1.3研究目的、意义和内容

第2章 层间添加表面毡对复合材料层间韧性以及力学性能的影响

2.1试样的制备

2.2力学性能测试

2.3本章小结

第3章 PVC泡沫夹芯结构的制备

3.1原材料的选择

3.2蒙皮铺层方式的选取

3.3真空辅助树脂灌注（VARI）工艺制备夹芯结构

3.4成型过程中应注意的问题

第4章 准静态压痕力（QSI）试验

4.1 QSI试验介绍

4.2 QSI试验

4.3本章小结

第5章 落锤式低速冲击试验

5.1 低速冲击试验（LVI）介绍

5.2 复合材料抗冲击性能表征

5.3 低速冲击试验

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献