【摘要】：航空、航天和建筑等多個領(lǐng)域的迅猛發(fā)展對材料的綜合性能提出了越來越高的要求,優(yōu)勢單一的材料已經(jīng)很難滿足實際的使用需求。整體中空夾層復(fù)合材料是一種新型一體化機織夾層結(jié)構(gòu)材料,兼具機織復(fù)合材料和夾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能,應(yīng)用前景廣泛。本文圍繞整體中空夾層復(fù)合材料的力學(xué)與隔聲性能展開研究,以期為該材料的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。主要內(nèi)容包括:(1)通過對整體中空夾層復(fù)合材料細觀結(jié)構(gòu)的分析和觀測,引入“雙菱形”芯材結(jié)構(gòu)模型對整體中空夾層復(fù)合材料側(cè)拉、側(cè)壓、平壓、剪切和彎曲等工況下的力學(xué)性能進行理論研究,建立了相應(yīng)理論預(yù)測模型,通過將預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果的對比驗證了計算的準(zhǔn)確性和模型的合理性。同時基于MATLAB平臺將理論算法集成,制作了圖像交互界面,在此基礎(chǔ)上進一步探究織造參數(shù)對該材料力學(xué)性能的影響。(2)基于“雙菱形”芯材結(jié)構(gòu)模型,根據(jù)整體中空夾層復(fù)合材料不同工況的受力特點,建立了不同尺寸的細觀結(jié)構(gòu)模型;采用漸進損傷和屈曲等分析方法對該材料的剛度和強度性能以及細觀失效機理進行數(shù)值仿真分析,并通過試驗對仿真結(jié)果進行了驗證和補充。(3)在力學(xué)性能研究的基礎(chǔ)上,基于商用有限元軟件ABAQUS建立整體中空夾層復(fù)合材料隔聲分析的有限元模型,開展了其隔聲性能的計算分析,研究了入射角、芯材厚度、面內(nèi)尺寸和邊界約束條件等系統(tǒng)參數(shù)對該材料隔聲量的影響規(guī)律。
【圖文】：

面板主要在面內(nèi)承受正應(yīng)力和剪應(yīng)力，而中間的芯材主要承受橫向剪應(yīng)力，起到傳遞載荷同時穩(wěn)定面板的作用。芯材往往選用低密度材料，這就在犧牲少量重量指標(biāo)的情況下，較大幅度地提高了結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，并兼具良好的隔熱、隔聲以及吸能等優(yōu)勢。鑒于這些突出優(yōu)點，夾層材料甫一出現(xiàn)便受到學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別是在對材料的比剛度、比強度要求較高的航空、航天、航海等領(lǐng)域[3-5]，該類材料的應(yīng)用十分廣泛。最早將夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料應(yīng)用于航空領(lǐng)域的是英國的“蚊式”轟炸機[6]，為充分利用當(dāng)時的資源，該轟炸機采用全木質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)。經(jīng)過近一個世紀(jì)的發(fā)展，目前的夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料已發(fā)展成能適應(yīng)多種應(yīng)用領(lǐng)域的龐大“家族”，從生活中常見的瓦楞紙包裝箱[7-10]到高鐵艙門，甚至飛機的雷達罩[11-13]（如圖 1.1 所示），都能看到夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的身影。（a）瓦楞紙板 （b）“和諧號”動車組

（a）蜂窩夾層復(fù)合材料 （b）波音 787 客機圖 1.2 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)材料及應(yīng)用盡管上述傳統(tǒng)的夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料性能優(yōu)異且應(yīng)用廣泛，但該類材料的面板與芯材是通過膠接劑粘接而成，界面膠的膠接強度一般很低，在彎曲、沖擊和層間剪切等外力作用下，，面板和芯材易發(fā)生脫粘[26-30]，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞并喪失承載能力。也就是說夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料存在層間性能差的致命弱點。整體中空夾層復(fù)合材料是一種新型的三維機織夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，由整體中空織物（如圖1.3 所示）和樹脂基體復(fù)合而成。整體中空織物是采用特殊的機織工藝，將面板與芯材纖維貫穿連接成一體，使厚度方向具有增加纖維的特殊結(jié)構(gòu)織物。該類織物由緯紗、經(jīng)紗和絨經(jīng)構(gòu)成，緯紗和經(jīng)紗在面內(nèi)正交織成上下面板，絨經(jīng)既穿過上下面板又貫穿厚度方向�！爸锌铡辈⒎侵干舷旅姘逯g空無一物彼此分離，而是上下面板之間存在一定形狀的中空層聯(lián)結(jié)構(gòu)，典型的有“X”形和“8”字形等。由于特殊的結(jié)構(gòu)，整體中空復(fù)合材料與傳統(tǒng)夾層材料相比有四大優(yōu)勢：(1)一次復(fù)合成型，織造效率高；(2)克服了傳統(tǒng)的夾層材料如蜂窩、泡沫夾層復(fù)合材料易分層、不耐沖擊的弱點；(3)可利用夾芯層空間放置預(yù)埋件、光纖、導(dǎo)線等，提高材料空間利用率；(4)優(yōu)良的隔熱、隔聲性能。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

【參考文獻】

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1 曹海建;馮古雨;俞科靜;錢坤;;碳纖維/環(huán)氧樹脂基中空夾芯復(fù)合材料壓縮性能的有限元法研究[J];紡織學(xué)報;2015年09期

2 浦廣益;曹海建;;三維中空夾芯復(fù)合材料側(cè)壓性能的有限元分析[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2015年04期

3 曹海建;俞科靜;錢坤;;三維中空夾芯復(fù)合材料拉伸性能的有限元分析[J];宇航材料工藝;2015年02期

4 吳萍;高銘悅;;易碎品容器的瓦楞紙板包裝設(shè)計研究[J];包裝工程;2015年01期

5 王義柏;魏智平;鄭輝;;單向加筋雙層板隔聲性能的有限元分析[J];噪聲與振動控制;2014年04期

6 王康樂;溫華兵;陸金銘;彭子龍;;橡膠芯夾層板隔聲特性研究[J];噪聲與振動控制;2014年02期

7 初麗輝;丁志榮;匡寧;溫嬌;曾文敏;;樹脂基紡織空心結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的聲學(xué)性能試驗研究[J];產(chǎn)業(yè)用紡織品;2013年12期

8 任樹偉;辛鋒先;盧天健;;蜂窩層芯夾層板結(jié)構(gòu)振動與傳聲特性研究[J];力學(xué)學(xué)報;2013年03期

9 單杭英;肖軍;李寧;尚偉;;X-Cor夾層結(jié)構(gòu)的平壓性能[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報;2012年02期

10 王婷婷;周光明;俞鑫;;整體中空雙夾層復(fù)合材料壓縮力學(xué)性能分析[J];江蘇航空;2011年S1期

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1 王盛春;蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的聲振特性研究[D];重慶大學(xué);2011年

2 劉均;方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)振動與沖擊響應(yīng)分析[D];華中科技大學(xué);2009年

3 王新峰;機織復(fù)合材料多尺度漸進損傷研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

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1 邸浩;應(yīng)用功的互等法研究矩形截面夾層梁的穩(wěn)定性問題[D];燕山大學(xué);2014年

2 萬

本文編號：2626611