【摘要】：航空、航天和建筑等多個(gè)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展對(duì)材料的綜合性能提出了越來(lái)越高的要求,優(yōu)勢(shì)單一的材料已經(jīng)很難滿足實(shí)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(jī)織夾層結(jié)構(gòu)材料,兼具機(jī)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(kāi)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(guò)對(duì)整體中空夾層復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的分析和觀測(cè),引入“雙菱形”芯材結(jié)構(gòu)模型對(duì)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(jìn)行理論研究,建立了相應(yīng)理論預(yù)測(cè)模型,通過(guò)將預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了計(jì)算的準(zhǔn)確性和模型的合理性。同時(shí)基于MATLAB平臺(tái)將理論算法集成,制作了圖像交互界面,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究織造參數(shù)對(duì)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(diǎn),建立了不同尺寸的細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型;采用漸進(jìn)損傷和屈曲等分析方法對(duì)該材料的剛度和強(qiáng)度性能以及細(xì)觀失效機(jī)理進(jìn)行數(shù)值仿真分析,并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證和補(bǔ)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(kāi)展了其隔聲性能的計(jì)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(duì)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(shí)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(shì)。鑒于這些突出優(yōu)點(diǎn)，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(duì)材料的比剛度、比強(qiáng)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(guó)的“蚊式”轟炸機(jī)[6]，為充分利用當(dāng)時(shí)的資源，該轟炸機(jī)采用全木質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)近一個(gè)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(jiàn)的瓦楞紙包裝箱[7-10]到高鐵艙門(mén)，甚至飛機(jī)的雷達(dá)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(hào)”動(dòng)車組

（a）蜂窩夾層復(fù)合材料 （b）波音 787 客機(jī)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(guò)膠接劑粘接而成，界面膠的膠接強(qiáng)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(shuō)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料存在層間性能差的致命弱點(diǎn)。整體中空夾層復(fù)合材料是一種新型的三維機(jī)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(shù)脂基體復(fù)合而成。整體中空織物是采用特殊的機(jī)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(guò)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(wú)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(shì)：(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(diǎn)；(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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2626611