隨著結(jié)構(gòu)高生存力設(shè)計要求和抗戰(zhàn)傷設(shè)計理念的提出,代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)體防護(hù)材料的新型應(yīng)急防護(hù)材料的開發(fā)及抗沖擊性能研究越來越受到重視,多材料和多層次的創(chuàng)新功能組元結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計逐漸成為科研人員的追求目標(biāo)。泡沫鋁是一種具有輕質(zhì)、吸能、阻尼減震等諸多優(yōu)良特性的全新型戰(zhàn)略功能結(jié)構(gòu)材料,在受到強(qiáng)動沖擊載荷時由于存在初始失效后的長平臺應(yīng)力而被廣泛應(yīng)用于工程防護(hù)模塊來減少沖擊波強(qiáng)度,但泡沫鋁的承載能力限制于相對低的峰值強(qiáng)度。超高分子量聚乙烯（UHWMPE）纖維輕薄如紙、堅硬如鋼,具有極強(qiáng)的能量吸收能力和突出的抗局部沖擊能力,是一種理想的防彈防沖擊安全防護(hù)材料。因此,本文提出將兩者復(fù)合成特殊的防護(hù)功能結(jié)構(gòu),在承受沖擊荷載時能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的防護(hù)效能以達(dá)到保護(hù)一定距離以外的建筑物、人員安全的目的。夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)一般由上下兩層承受彎曲載荷的高強(qiáng)度面板和承受剪切載荷的輕質(zhì)芯材組成,具有典型的低重量、高剛度和高強(qiáng)度特征。因此,本文采用模壓成型工藝制備了以多孔泡沫鋁為芯材、UHWMPE纖維復(fù)合材料為面板的夾芯復(fù)合材料,探究了低速沖擊和霍普金森桿（SHPB）沖擊下材料參數(shù)和沖擊參數(shù)對UHWMPE/泡沫鋁夾芯復(fù)合材料力學(xué)行為的... 

【文章來源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

泡沫鋁

的基本構(gòu)造形式是由上下兩層薄而強(qiáng)的面板和填在其中并與面板牢固連接起來的輕質(zhì)芯材組成，面板通常選用鋁、不銹鋼、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板等材料，而芯材則主要有蜂窩、泡沫、格柵和輕質(zhì)木等低密度材料[10]。夾芯復(fù)合材料有著典型的低重量、高剛度和高強(qiáng)度特征，這種材料間的優(yōu)異組合可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品卓越的強(qiáng)重化。當(dāng)夾芯復(fù)合材料承受外來載荷時，其工作原理從某種程度上來說類似于工字鋼，夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)的面板承載平面拉伸和壓縮應(yīng)力，而芯材的作用是支撐面板使它們不會產(chǎn)生向內(nèi)或向外的變形，因此芯材主要承受剪切應(yīng)力，見圖1-2所示，也可以理解為剪切力從面板傳向芯材，而兩個面板層在動態(tài)載荷下能保持穩(wěn)定的同時吸收沖擊能來提高抗破壞性能。當(dāng)上下面板之間的距離被進(jìn)一步分開，整個夾芯復(fù)合材料截面慣性矩加大，其整體強(qiáng)度會得到一定的提升。較厚的芯材能達(dá)到同樣的效果，同時也能提供整體的低比重，這就獲得了高剛度-重量比，因此夾芯復(fù)合材料在保證力學(xué)性能的同時可顯著減輕重量，以輪船車體為例，在不折損結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度的前提下，減重可以提升動力產(chǎn)品加速性能、操縱性能和運(yùn)能能力，而運(yùn)能的提升對降低成本和對環(huán)境的沖擊有著積極的影響。圖1-2夾芯復(fù)合材料示意圖Figure1-2Schematicdiagramofsandwichcomposites由上可知，夾芯復(fù)合材料具備了結(jié)構(gòu)和功能一體化的特點(diǎn)，作為新型結(jié)構(gòu)復(fù)合型材料，發(fā)揮了各組成材料的性能優(yōu)勢，達(dá)到整體最優(yōu)化的效果。由于其具有優(yōu)異的吸能和抗沖擊特性，同時比強(qiáng)度高、剛度好，可有效應(yīng)用于防護(hù)工程中，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)體防護(hù)材料作為抗爆和抗沖擊的吸能材料。而隨著泡沫鋁材料諸多特性逐步被認(rèn)識，圍繞泡沫鋁開展的應(yīng)用制品的設(shè)計和開發(fā)工作已成為當(dāng)前材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)，如泡沫鋁夾芯板復(fù)合結(jié)構(gòu)技術(shù)的成功

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文10了材料參數(shù)和沖擊能量對沖擊過程中力學(xué)響應(yīng)的影響，并通過試樣外觀形貌和橫截面圖像分析夾芯復(fù)合材料的變形特征和損傷規(guī)律，揭示低速沖擊下夾芯復(fù)合材料的損傷機(jī)理。（4）結(jié)合脈沖整形技術(shù)和高速攝影技術(shù)進(jìn)行不同應(yīng)變率下UHMWPE/泡沫鋁夾芯復(fù)合材料的SHPB沖擊試驗(yàn)，研究夾芯復(fù)合材料的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)及對應(yīng)狀態(tài)下試件變形特征。結(jié)合準(zhǔn)靜態(tài)壓縮、低速沖擊和SHPB沖擊試驗(yàn)結(jié)果，重點(diǎn)分析UHMWPE/泡沫鋁夾芯復(fù)合材料的應(yīng)變率效應(yīng)和抗沖擊損傷機(jī)理。本課題采用的研究技術(shù)路線如圖1-3所示：圖1-3研究技術(shù)路線Figure1-3ResearchTechnologyRoute1.4.2本課題的創(chuàng)新點(diǎn)（1）將致密的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與低密度的多孔材料組合成夾芯復(fù)合材料，解決閉孔泡沫鋁因強(qiáng)度不高而應(yīng)用受限的問題，充分發(fā)揮二者功能和結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)多材料和多層次的創(chuàng)新功能組元結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而達(dá)到整體結(jié)構(gòu)顯著的防護(hù)性能。（2）制備多種材料配置的UHMWPE/泡沫鋁夾芯復(fù)合材料，并進(jìn)行不同應(yīng)變率下全方面動態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)測試，系統(tǒng)地運(yùn)用單因素分析、比較研究等方法給出不同加載條件下應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)所對應(yīng)的動態(tài)變形形態(tài)。深入討論和分析材料參數(shù)和沖擊參數(shù)對夾芯復(fù)合材料沖擊力學(xué)行為的影響，為設(shè)計多層異質(zhì)防護(hù)板提供理論參考。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3137849