复合材料Kagome格栅组合硬模成型工艺研究

摘要

复合材料Kagome格栅是一种具有优异力学性能的轻量化结构，在刚度、强度、稳定性和多功能性方面具有优异的性能；同时Kagome格栅具有周期性有序、可设计性强的特点，在航空、航天、船舶和交通领域具有广阔的应用前景。但是由于Kagome格栅特殊的几何形状，使复合材料Kagome格栅成型工艺较为复杂，成品质量低，不能达到预期的力学性能；同时面板和芯体间结合能力较弱，容易造成面芯脱粘；这些成为了制约复合材料Kagome格栅的广泛应用的一大因素。 本文针对复合材料Kagome格栅的相关制备工艺进行了研究，在此基础上，提出了一种复合材料Kagome格栅组合硬模成型工艺，设计和制造了模块化硬模芯体模具，对成型过程中的压力、温度、纤维铺放等工艺参数进行了研究；同时设计了一种面板模具，通过面板上的卡槽与芯体进行嵌合，增强了面芯结合能力；完成了Kagome芯体的等效刚度力学性能分析，进行了Kagome格栅压缩和三点弯曲力学性能试验，验证了该工艺的可行性与有效性。本文的主要研究内容为： 1、对复合材料Kagome格栅芯体的等效刚度进行了研究。文章采用代表体元法（RVE）对芯体进行了均匀化分析，给出了各个刚度系数的周期性边界条件和相应的刚度系数的计算公式，并与其它文献方法计算的结果进行了对比验证，完成了离散模型和等效模型在不同工况下数值仿真分析，比较了两种模型的变形结果，考虑了芯体单胞数目对Kagome格栅芯体等效模型的影响，单胞数目越多，等效刚度的计算结果越精确。 2、提出了一种复合材料Kagome格栅组合硬模成型工艺。该工艺以模块化的活动金属块为芯模，通过真空辅助实现芯体一体化成型，同时可根据制备的Kagome格栅芯体的不同排列组合对活动块进行定位组装，扩大了模具的使用效率。同时对成型过程中的温度、压力、纤维铺放工艺参数进行了研究，通过对不同工艺参数下制备的Kagome芯体进行力学试验，确定了合适的工艺参数。 3、提出了一种面芯增强方案。本文设计了一种带卡槽的面板模具，通过面板卡槽与芯体间的嵌合作用，增加了面板和芯体之间的结合面积，提高了两者的结合能力，减少了面芯脱粘情况的出现，并通过相关的压缩、三点弯曲力学试验验证了该方案的有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 复合材料格栅国内外研究现状

1.2.1 复合材料格栅制备技术研究进展

1.2.2 复合材料格栅面芯增强研究进展

1.2.3 复合材料格栅力学性能表征研究进展

1.3 论文主要研究内容

2 复合材料Kagome格栅芯体等效刚度研究

2.1 均匀化方法介绍

2.2 Kagome芯体的等效刚度的代表体元模型

2.2.1 连续板变形理论

2.2.2 单胞模型和周期性边界条件

2.3 RVE方法有效性验证

2.3.1 与其它文献计算结果对比

2.3.2 与宏观精细模型对比

2.4 小结

3. 复合材料Kagome格栅的制备

3.1 Kagome格栅单胞设计

3.2 Kagome格栅模具设计

3.3 Kagome格栅夹芯板制备工艺流程

3.4 小结

4 复合材料Kagome格栅芯体成型工艺参数研究

4.1 温度和加压方式对Kagome芯体成型质量的影响

4.2 铺丝方式对Kagome芯体成型质量的影响

4.3 小结

5 面芯增强Kagome格栅夹芯板力学性能试验研究

5.1 复合材料Kagome格栅夹芯板压缩力学性能测试

5.2 复合材料Kagome格栅夹芯板弯曲力学性能测试

5.3 小结

总结和展望

总结

展望

参考文献

附录A SSM方法等效刚度计算

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

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