磁浮列车用PMI泡沫芯夹层结构研制和性能研究

摘要

车辆结构的轻量化能减少材料消耗、降低车辆制造和使用成本及耗能，减重的首要途径是采用新材料和合理的结构。夹层结构是由轻质芯体隔开两块刚硬、坚固的外壳制成的一个抗弯曲和屈曲载荷的有效结构件。夹层结构的性能取决于面材、芯层和制造工艺。我国自主研发的磁浮列车车头采用玻璃纤维增强复合材料与聚合物PMI泡沫组成的夹层结构、车体采用铝面板与聚合物PMI泡沫芯层夹层结构，其性能是本论文研究的重点。现上海磁浮列车夹层结构泡沫芯层为PEI，由于供应商原因不能按时供货，在分析PEI性能和夹层结构制造工艺的基础上，提出采用PMI代替PEI，详尽研究了PMI的拉伸、压缩、剪切性能，用DSC对其热性能进行了研究，用DMA测量了泡沫弯曲模量与温度间关系。首次得到了温度从80℃到-10℃对铝面层PMI芯层夹层结构剪切性能的影响，研究了玻璃纤维增强复合材料与聚合物PMI泡沫组成的夹层结构和铝面层PMI泡沫芯层夹层结构性能。详尽研究了铝面层PMI泡沫芯层夹层结构的平拉、平压、剪切、弯曲、侧压性能，对制造工艺引起的性能的分散性进行了讨论。对铝面层PMI泡沫芯层夹层结构进行了三点弯曲疲劳试验，初步得到了夹层结构的疲劳性能。这些研究结果表明采用PMI作为夹层结构芯层是可行的，夹层结构的性能能满足国产磁浮列车的要求。最后，需进一步研究的方向进行了一些讨论。关键词：磁浮列车，夹层结构，PMI泡沫芯层，力学性能

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1现代交通概述

1.2夹层结构概述

1.3泡沫芯材概述

1.4立题背景和本文研究内容

第2章PMI泡沫ROHACELL(R)71S的研究

2.1国产磁浮列车夹层结构芯层PMI泡沫ROHACELL(R)71S

2.1.1泡沫材料的基本力学性能

2.1.2泡沫材料的选择

2.1.3 ROHACELL(R)71S泡沫材料的配方确定

2.2 ROHACELL(R)71S拉伸性能

2.3 ROHACELL(R)71S压缩性能

2.4 ROHACELL(R)71S剪切性能

2.5温度的影响

2.5.1概述

2.5.2差示扫描量热仪DSC测量PMI热性能

2.5.3动态热机械分析(DMA)测量PMI泡沫机械性能

本章结论

第3章铝面层PMI泡沫芯层夹层结构力学性能研究

3.1磁浮车辆车体铝面层PMI泡沫芯层夹层结构成型方案

3.2铝面层LY12CZ力学性能

3.3铝面层PMI泡沫芯层夹层结构平拉强度

3.4铝面层PMI泡沫芯层夹层结构平压强度

3.5铝面层PMI泡沫芯层夹层结构的剪切性能

3.6铝面层PMI泡沫芯层夹层结构侧压性能试验

3.7铝面层PMI泡沫芯层夹层结构弯曲性能

3.7.1夹层结构的刚度

3.7.2夹层结构的应力分析

3.7.3夹层结构的弯曲性能试验方法

3.7.4夹层结构弯曲时破坏形式

3.7.5铝面层PMI泡沫芯层夹层结构弯曲性能

本章结论

第4章环境温度对铝面层PMI泡沫芯层夹层结构强度和刚度的影响分析

4.1概述

4.2温度对剪切刚度的影响

4.3温度对剪切强度的影响

本章结论

第5章铝面层PMI泡沫芯层夹层结构疲劳性能

5.1概述

5.2铝面层PMI泡沫芯层夹层结构疲劳试验与结果分析

5.3铝面层PMI泡沫芯层夹层结构有限元计算与疲劳寿命估算

本章结论

第6章FRP面层PMI泡沫芯层夹层结构性能研究

6.1概述

6.2 FRP面板力学性能

6.2.1 FRP面板拉伸力学性能

6.2.2 FRP面板纵横剪切力学性能

6.2.3 FRP面板压缩力学性能

6.2.4 FRP面板弯曲力学性能

6.3 FRP面层PMI泡沫芯层夹层结构弯曲性能

本章结论

第7章结论与展望

7.1结论

7.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果