本文關(guān)鍵詞：泡沫夾芯復(fù)合材料界面斷裂機(jī)理和增韌研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《大連理工大學(xué)》 2012年

泡沫夾芯復(fù)合材料界面破壞行為及增韌研究

王燦  

【摘要】：界面是泡沫夾復(fù)合材料的一個重要組成部分,它決定著面板和芯體是否能夠有效地協(xié)同承載。在實踐應(yīng)用中存在大量界面首先發(fā)生破壞并危及整體結(jié)構(gòu)的現(xiàn),結(jié)構(gòu)的整體承載能力往往不是取決于面板和芯體材料的強(qiáng)度,而是取決于界面的強(qiáng)度和韌性。本文采用實驗研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對泡沫夾芯復(fù)合材料界面破壞模式、界面增韌、界面蠕變斷裂行為以及界面裂紋曲折擴(kuò)展路徑開展了較為系統(tǒng)的研究。本文的研究工作是973計劃課題(2006CB601205)和國家自然科學(xué)基金課題(10672027、90816025)中相關(guān)子課題研究內(nèi)容的重要組成部分。本文研究工作主要內(nèi)容包括： 1.設(shè)計了泡沫夾芯復(fù)合材料梁界面斷裂破壞雙懸臂梁(DCB)試驗方案,采用真空輔助樹脂注射技術(shù)制備了含初始裂紋損傷的DCB試件,進(jìn)而考察了準(zhǔn)靜態(tài)加載下具有不同芯體密度和彈性模量的DCB試件的界面斷裂破壞模式,得到了界面裂紋沿界面破壞模式和曲折破壞模式的破壞特征。對不同的界面破壞模式進(jìn)行了力學(xué)機(jī)理分析,指出面板／芯體彈性模量比是出現(xiàn)不同界面破壞模式的支配因素。 2.基于單根短切纖維細(xì)觀增韌機(jī)理分析,將復(fù)合材料層合板層間短切纖維增韌技術(shù)拓展到了泡沫夾芯復(fù)合材料界面增韌中。制備了短切纖維界面增韌的泡沫夾芯復(fù)合材料DCB試件,并對增韌和未增韌試件的界面承載能力和界面斷裂韌性進(jìn)行了測試和評價,結(jié)果顯示增韌試件的界面斷裂韌性和界面承載能力都得到了顯著提高。此外,通過對具有不同芯體厚度的DCB試件界面斷裂韌性測試結(jié)果的比較,探討了界面斷裂韌性隨著芯體厚度變化的規(guī)律及其力學(xué)機(jī)理。 3.基于數(shù)字圖像相關(guān)法設(shè)計了一套精密的界面裂紋蠕變位移場測量系統(tǒng),對恒定載荷作用下泡沫夾芯復(fù)合材料DCB試件界面裂紋尖端附近的蠕變位移場進(jìn)行了測量,并從蠕變位移場中得到了界面裂紋斷裂參數(shù)的蠕變響應(yīng)及其特征。最后,比較了不同樹脂體系對界面蠕變斷裂行為的影響。 4.基于可視準(zhǔn)則推導(dǎo)了包含裂紋的物質(zhì)點算法,通過算例驗證了該方法在斷裂參數(shù)計算以及裂紋擴(kuò)展模擬問題中的有效性和精確性。利用本文提出的包含裂紋的物質(zhì)點算法,對具有不同芯體密度的泡沫夾芯復(fù)合材料梁界面裂紋曲折破壞特征和完整的曲折擴(kuò)展破壞路徑進(jìn)行了數(shù)值模擬,數(shù)值模擬得到的界面裂紋曲折破壞角、擴(kuò)展路徑以及擴(kuò)展形貌與試驗結(jié)果具有很好的一致性。 本文研究方法和研究成果將為泡沫夾芯復(fù)合材料界面增韌工藝設(shè)計、界面止裂設(shè)計以及界面安全評估提供有益的參考。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TB303
【目錄】：

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