發(fā)布時(shí)間：2018-10-16 14:05

【摘要】：復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、單位質(zhì)量強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn),其中網(wǎng)格結(jié)構(gòu)芯子能夠充分發(fā)揮輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度,在航空航天、運(yùn)輸、軍事及民事等方面有廣泛的應(yīng)用。本文以增材制造技術(shù)(3D打印)代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造工藝,以PLA(聚乳酸)為材料制備不同芯子結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu),探討不同芯子結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。具體研究?jī)?nèi)容:本文首先應(yīng)用3D打印機(jī)制備聚乳酸(PLA)的拉伸及壓縮試樣,對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,獲得PLA相應(yīng)性能參數(shù)。結(jié)果表明,3D打印的PLA的拉伸強(qiáng)度與注塑成型的Nature WorksTM PLA Polymer 6202D的拉伸強(qiáng)度值非常相近。利用UG畫圖軟件設(shè)計(jì)并打印出Bi-grid、Tri-grid、Quadri-grid和Kagome-grid四種開孔芯子結(jié)構(gòu),制備復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu),研究其在彎曲及側(cè)壓載荷作用下的剛度和強(qiáng)度問題,并與Nomex蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)照,指出這種新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合有限元分析和三點(diǎn)彎曲測(cè)的結(jié)果可知,Bi-grid夾芯結(jié)構(gòu)的失效模式為芯子與面板脫粘,而其他三種結(jié)構(gòu)均是由芯子破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)徹底失效。Quadri-grid夾層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能最佳。在Bi-grid、Tri-grid、Quadri-grid和Kagome-grid四種開孔夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了四種閉孔結(jié)構(gòu)。并從模擬分析及實(shí)驗(yàn)角度對(duì)其彎曲性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,采用四種閉孔夾芯結(jié)構(gòu)的失效模式與開孔基本相同,Bi-grid閉孔芯子結(jié)構(gòu)的韌性有所增大。閉孔結(jié)構(gòu)相對(duì)于開孔結(jié)構(gòu)在質(zhì)量有所增加的情況下,比強(qiáng)度有了明顯的提高。為了有效地使用復(fù)合材料,本文設(shè)計(jì)了三種分級(jí)蜂窩芯子夾芯結(jié)構(gòu),并對(duì)其復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的彎曲性能、壓縮性能及沖擊后壓縮性能進(jìn)行了研究。測(cè)試結(jié)果表明,分級(jí)蜂窩結(jié)構(gòu)不適合用在對(duì)抗彎、抗剪要求較大的環(huán)境中,但增加級(jí)數(shù)可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)更佳的壓縮性能屬性。沖.擊后壓縮測(cè)試結(jié)果表明,2nd Order Hierarchy夾芯結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了良好的能量吸收功能,具有良好的彈性屬性。
[Abstract]:The composite sandwich structure has the advantages of light weight and large unit mass strength, among which the grid structure core can give full play to the strength and stiffness of the lightweight structure. It has been widely used in aerospace, transportation, military and civil affairs and so on. In this paper, the material augmentation technology (3D printing) is used to replace the traditional manufacturing process, and PLA (Polylactic acid) is used as the material to fabricate the sandwich structure of the composites with different core structures, and the effects of different core structures on the mechanical properties of the sandwich structures of the composites are discussed. Research contents: firstly, the tensile and compression specimens of polylactic acid (PLA) were prepared by 3D printer. The mechanical properties of PLA were tested and the corresponding properties of PLA were obtained. The results show that the tensile strength of 3D printed PLA is very close to that of injection molding Nature WorksTM PLA Polymer 6202D. Four kinds of open core structures of Bi-grid,Tri-grid,Quadri-grid and Kagome-grid were designed and printed by UG drawing software. The composite sandwich structures were prepared. The stiffness and strength of the sandwich structures under bending and lateral compression were studied. The results were compared with those of Nomex honeycomb structures. The advantages of this new light structure are pointed out. The results of finite element analysis and three-point bending test show that the failure mode of Bi-grid sandwich structure is core and panel debonding, while the other three kinds of structure are caused by core failure, and the mechanical properties of Quadri-grid sandwich structure are the best. On the basis of Bi-grid,Tri-grid,Quadri-grid and Kagome-grid, four kinds of closed pore structures were designed. The bending properties are analyzed from the point of view of simulation and experiment. The results show that the failure mode of the four closed hole sandwich structures is basically the same as the open hole structure, and the toughness of the Bi-grid closed hole core structure increases. The specific strength of the closed pore structure is obviously improved when the quality of the structure is increased compared with that of the open hole structure. In order to use the composites effectively, three kinds of honeycomb core sandwich structures were designed, and the bending, compression and post-impact compression properties of the sandwich structures were studied. The test results show that the hierarchical honeycomb structure is not suitable for use in the environment where the bending resistance and shear resistance are high, but the better compression properties of the structure can be achieved by increasing the number of stages. Go. The results of post-impact compression test show that the 2nd Order Hierarchy sandwich structure has good energy absorption function and good elastic properties.
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB33

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本文編號(hào)：2274597