本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)低速?zèng)_擊與沖擊后壓縮性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《上海交通大學(xué)》 2013年

復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)低速?zèng)_擊與沖擊后壓縮性能研究

王杰  

【摘要】：復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)是先進(jìn)復(fù)合材料的一種結(jié)構(gòu)形式。它具有重量輕、比強(qiáng)度和比剛度高、表面平整、穩(wěn)定性好、隔音與隔熱性及耐腐蝕性好等優(yōu)勢(shì)，因此，這種結(jié)構(gòu)在航空航天、交通運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng)器材、風(fēng)力發(fā)電、醫(yī)療器材等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，在工程應(yīng)用中，復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)很容易遭受各種外來物體的沖擊，尤其是低速?zèng)_擊。這些低速?zèng)_擊事件會(huì)對(duì)復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)的面板、夾芯及粘結(jié)層造成各種形式的損傷。這些沖擊損傷將引起復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)剛度及強(qiáng)度的急劇下降，從而對(duì)復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生威脅。經(jīng)過國(guó)內(nèi)外學(xué)者的不懈努力，在復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)低速?zèng)_擊及沖擊后壓縮性能研究方面已取得了豐富的成果，但是在預(yù)測(cè)低速?zèng)_擊響應(yīng)、沖擊損傷及沖擊后剩余強(qiáng)度方面還存在一些沒有解決的問題。另外，隨著各種新型復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，有必要對(duì)其低速?zèng)_擊與沖擊后壓縮性能開展研究。 本文回顧了近六十年來國(guó)內(nèi)外研究人員在復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)低速?zèng)_擊及沖擊后壓縮性能理論、數(shù)值及試驗(yàn)研究方面的現(xiàn)狀和已取得的一些重要結(jié)果，并對(duì)目前該領(lǐng)域存在的問題進(jìn)行了深入分析，對(duì)以碳纖維平紋織物層壓板為面板，以PUR泡沫為夾芯的復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的低速?zèng)_擊及沖擊后壓縮性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究。 主要研究?jī)?nèi)容包括： （1）復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)低速?zèng)_擊響應(yīng)試驗(yàn)研究。以沖擊能量、沖頭尺寸、面板厚度和夾芯厚度為變量，建立了不同試驗(yàn)案例，開展了復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)低速?zèng)_擊試驗(yàn)。采用非接觸式測(cè)量系統(tǒng)記錄沖頭的位移和速度及底部面板的變形歷程。測(cè)量了試件與沖頭間的接觸載荷、接觸時(shí)間、沖擊過程中吸收的能量等沖擊響應(yīng)，研究了沖擊能量、沖頭尺寸、面板厚度和夾芯厚度等參數(shù)對(duì)各個(gè)沖擊響應(yīng)的影響。 （2）復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)低速?zèng)_擊損傷研究。采用無損檢測(cè)和破壞性檢測(cè)相結(jié)合的方法對(duì)復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)遭受低速?zèng)_擊后出現(xiàn)的損傷類型和損傷狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)檢測(cè)。分析了檢測(cè)結(jié)果，并確定了低速?zèng)_擊對(duì)復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)各成分造成的損傷。通過非接觸式測(cè)量系統(tǒng)獲得了各個(gè)試驗(yàn)案例凹坑損傷的直徑和深度，并分析了沖擊變量、夾層板構(gòu)型參數(shù)對(duì)凹坑直徑和深度的影響。研究了接觸力-沖頭位移曲線的特征，并與相應(yīng)的試件損傷信息進(jìn)行了比較，揭示了復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)在低速?zèng)_擊載荷下的破壞過程。 （3）復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)沖擊后壓縮性能試驗(yàn)研究。對(duì)低速?zèng)_擊試驗(yàn)后的復(fù)合材料泡沫夾層試件以及相應(yīng)的完好試件進(jìn)行了單軸壓縮試驗(yàn)，記錄了受沖擊損傷及完好泡沫夾層板的失效載荷，并通過非接觸式測(cè)量系統(tǒng)獲得了損傷面板的三維變形歷程及失效模式。分析了損傷面板的面內(nèi)應(yīng)變歷程，揭示了復(fù)合材料泡沫夾層試件沖擊后壓縮載荷下的失效機(jī)制，并分析了沖擊變量和泡沫夾層板構(gòu)型參數(shù)對(duì)沖擊后壓縮剩余強(qiáng)度的影響。 （4）閉孔泡沫力學(xué)性能的試驗(yàn)和數(shù)值研究�；谡拿骟w單胞建立了PMI泡沫材料的代表體有限元模型，結(jié)合周期性邊界條件，采用線性有限元方法分析了PMI泡沫的彈性性能。將有限元預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果及其他理論結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了模型的有效性。然后，采用驗(yàn)證后的模型進(jìn)行參數(shù)化有限元分析，研究了PMI泡沫單胞尺寸和孔壁厚度對(duì)泡沫有效模量的影響。使用三維失效準(zhǔn)則和可壓損泡沫(crushable foam)模型研究了PMI和PUR泡沫的失效及塑性性能。 （5）基于Schapery理論，發(fā)展了碳纖維平紋織物鋪層面內(nèi)失效漸進(jìn)損傷模型。該模型采用Schapery理論，考慮由基體開裂、纖維/基體脫粘、纖維褶皺等微損傷擴(kuò)展造成的材料非線性，并使用塑性理論考慮復(fù)合材料面板的面內(nèi)剪切非線性。模型采用最大應(yīng)力準(zhǔn)則預(yù)測(cè)平紋織物鋪層中纖維束的斷裂失效。此外，本文還對(duì)平紋編織復(fù)合材料面板進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，測(cè)得面板材料的基本力學(xué)性能及漸進(jìn)損傷模型所需要的參數(shù)。 （6）復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)低速?zèng)_擊數(shù)值研究�；诳蓧簱p泡沫模型和漸進(jìn)損傷模型，對(duì)復(fù)合材料泡沫夾層板的低速?zèng)_擊進(jìn)行了三維有限元分析。將有限元預(yù)測(cè)的低速?zèng)_擊響應(yīng)和沖擊損傷與相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了模型的有效性。利用驗(yàn)證后的有限元模型進(jìn)行參數(shù)化分析，，研究面板厚度、沖擊能量和沖頭尺寸對(duì)凹坑深度的綜合影響。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TB33
【目錄】：

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【引證文獻(xiàn)】

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中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周祝林;吳伯明;曹桂芬;;夾層結(jié)構(gòu)彎曲試驗(yàn)方法試驗(yàn)驗(yàn)證研究報(bào)告[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊(cè))[C];2010年

2 周祝林;吳伯明;賀志遠(yuǎn);丁鎖柱;;用3D夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制造的50kW風(fēng)力葉片設(shè)計(jì)計(jì)算[A];第十八屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

3 李光亮;鄭錫濤;鄭曉霞;杜興剛;;復(fù)合材料泡沫芯夾層結(jié)構(gòu)低速?zèng)_擊損傷分析[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊(cè))[C];2010年

4 周祝林;吳伯明;曹桂芬;;新型3D夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料污水池蓋罩強(qiáng)度剛度設(shè)計(jì)計(jì)算[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊(cè))[C];2010年

5 杜龍;矯桂瓊;黃濤;李朝光;;X狀Z-pin增強(qiáng)泡沫夾層結(jié)構(gòu)的壓縮性能[A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

6 吳剛;吳智深;孫澤陽;孫維理;田野;馮武強(qiáng);;新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-輕質(zhì)加氣混凝土(FRP-ALC)夾層結(jié)構(gòu)[A];第五屆全國(guó)FRP學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2007年

7 杜龍;矯桂瓊;黃濤;李朝光;;Z-pin增強(qiáng)泡沫夾層結(jié)構(gòu)的彎曲性能[A];第十五屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2008年

8 王紹杰;蘇幼坡;;采用夾層板理論推導(dǎo)預(yù)應(yīng)力混凝土夾芯保溫屋面板開裂荷載及撓度的解析式[A];第七屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅱ卷）[C];1998年

9 涂遠(yuǎn)星;屠永清;周正海;;組合扁梁樓蓋在夾層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[A];中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)分會(huì)第十次年會(huì)論文集[C];2005年

10 胡培;Leonhard Maier;Hermann Seibert;;PMI泡沫填充A形加筋條結(jié)構(gòu)的應(yīng)用[A];復(fù)合材料——基礎(chǔ)、創(chuàng)新、高效：第十四屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上）[C];2006年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 肖建春 張紅;[N];科技日?qǐng)?bào);2000年

2 金星　本報(bào)記者 張顯峰;[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

3 特約記者 虞仲義 通訊員 夏雨禾;[N];中國(guó)化工報(bào);2007年

4 本報(bào)記者 宋亞林;[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2006年

5 俞進(jìn)學(xué);[N];中國(guó)船舶報(bào);2004年

6 中冶集團(tuán)建筑研究總院 張大厚;[N];中國(guó)建材報(bào);2008年

7 ;[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2001年

8 戈芳;[N];中國(guó)紡織報(bào);2006年

9 彼工;[N];中國(guó)建材報(bào);2007年

10 孫文;[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2007年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黨旭丹;X-cor夾層結(jié)構(gòu)制備與力學(xué)性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

2 劉海韜;夾層結(jié)構(gòu)SiCf/SiC雷達(dá)吸波材料設(shè)計(jì)、制備及性能研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

3 張鐵亮;衛(wèi)星夾層結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

4 閆法強(qiáng);夾層結(jié)構(gòu)天線罩材料的設(shè)計(jì)、制備及其寬頻透波性能[D];武漢理工大學(xué);2007年

5 魏克湘;大范圍運(yùn)動(dòng)電流變夾層梁的動(dòng)力學(xué)特性與振動(dòng)控制[D];上海交通大學(xué);2006年

6 李響;承載夾層復(fù)合材料的輕量化設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

7 王林;深海耐壓結(jié)構(gòu)型式及穩(wěn)定性研究[D];中國(guó)艦船研究院;2011年

8 胡白香;磁流變液夾層梁的動(dòng)力學(xué)研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

9 孟黎清;飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)沖擊下的破壞機(jī)理及吸收能量分配機(jī)制[D];太原理工大學(xué);2011年

10 姚嘉;椰纖維增韌復(fù)合材料的設(shè)計(jì)及其性能評(píng)價(jià)[D];東北林業(yè)大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李琪;不連續(xù)十字型點(diǎn)陣夾層結(jié)構(gòu)的吸能效應(yīng)[D];大連理工大學(xué);2012年

2 王華吉;復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制備及其力學(xué)性能分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 范琳;雙馬X-cor夾層結(jié)構(gòu)成型工藝與力學(xué)性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

4 劉峰;PMI泡沫殼體夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及力學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

5 周慶豐;大型風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的有限元數(shù)值計(jì)算方法的研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

6 楊備;寬頻透波陶瓷基復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真與驗(yàn)證[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

7 羅涵;三維縫合夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備與性能研究[D];武漢理工大學(xué);2010年

8 李岸香;基于隨機(jī)有限元法夾層結(jié)構(gòu)變形研究[D];大連理工大學(xué);2010年

9 謝莉;新型玻璃鋼蜂窩夾層結(jié)構(gòu)模板研究[D];南京工業(yè)大學(xué);2004年

10 馬超;硬夾心夾層板彎曲的理論分析及有限元研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)低速?zèng)_擊與沖擊后壓縮性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：248430