复合材料波纹结构平压和剪切性能分析与强化工艺

摘要

复合材料波纹结构具有轻质、高强的优良特性，近几年来在国内外各行各业广泛应用。如何进一步提高复合材料波纹板的承载性能从而应对越来越苛刻的使用环境、降低使用成本成为人们日益关注的焦点。本文采用理论、实验和仿真相结合的方法，对面板和芯体一体成型的复合材料波纹板平压和剪切性能进行分析，并根据波纹板失效行为分别提出了泡沫填充和界面短纤薄膜强化工艺。该项研究得到中央高校基本科研业务费专项资金(DUT18JC27),辽宁省自然科学基金(20170540161)以及国家自然科学基金重大项目（51790172）的资助。 第一章介绍了复合材料波纹结构的研究背景、成型工艺、性能分析的现状及本文的主要内容。 第二章给出了复合材料波纹单胞的相对密度，理论推导了复合材料波纹板受平压载荷时的失效强度和模量，研究了复合材料波纹板在平压载荷下不同失效模式的发生条件。推导了复合材料波纹板受剪切载荷作用下的强度、剪切模量和面/芯脱粘强度，对比发现复合材料面板和波纹芯之间的界面脱粘是主要失效模式。 第三章对复合材料波纹板的平压失效模式进行了理论预报，对两种不同尺寸和构型的复合材料波纹板进行了平压实验，通过复合材料波纹板两种不同失效模式-屈曲和强度的有限元仿真，验证了平压理论预测的正确性。进而针对失效的行为特点，提出了采用泡沫填充当模具的工艺成型方法，并用实验验证了这种方法的优越性。 第四章对复合材料波纹板进行了剪切实验，根据实验现象，建立了考虑面/芯胶层界面的有限元仿真模型，给出了胶层界面参数的确定方法，进而提出在面/芯之间添加芳纶短纤的方法提高复合材料波纹板的抗剪切性能，通过剪切实验验证以及界面脱粘失效后的表面观察，探讨了短纤的强化机理。 本文的研究成果将为复合材料波纹板的一体化成型、失效机理与仿真分析以及结构性能强化工艺提供理论和实验依据。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 波纹夹芯结构成型工艺研究现状

1.2.2 波纹夹芯结构力学性能研究现状

1.2.3 波纹夹芯结构强化工艺的研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 复合材料波纹板平压和剪切性能理论分析

2.1 引言

2.2 复合材料波纹板单胞的相对密度

2.3 复合材料波纹板结构的平压理论

2.4 复合材料波纹板结构的剪切理论

2.5 本章小结

3 复合材料波纹板平压性能与强化工艺

3.1 前言

3.2 复合材料波纹板的平压实验

3.2.1 复合材料波纹板平压实验失效模式理论预测

3.2.2 复合材料波纹板实验件的制备

3.2.3 平压实验过程

3.2.4 实验结果分析

3.3 复合材料波纹板的有限元仿真

3.3.1 复合材料层板的力学性能测试

3.3.2 复合材料波纹板的平压有限元分析

3.3.3 复合材料波纹板的平压屈曲分析

3.4 含泡沫填充强化工艺研究

3.4.1 实验件的制备及实验过程

3.4.2 实验结果分析

3.5 本章小结

4 复合材料波纹板剪切性能与强化工艺

4.1 前言

4.2 复合材料波纹板的剪切实验

4.2.1 实验件的制备及实验过程

4.2.2 实验结果分析

4.3 复合材料波纹板的有限元仿真

4.3.1 粘聚力模型与胶层失效准则

4.3.2 胶层界面参数确定方法

4.3.3 有限元仿真模型建立与分析

4.3.4 不同位置的脱粘缺陷对结构性能的影响

4.4 含芳纶短纤强化工艺研究

4.4.1 芳纶短纤膜的制备

4.4.2 实验件的制备及实验过程

4.4.3 实验结果分析

4.4.4 芳纶短纤维薄膜的作用机理

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表专利情况

致谢

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