本文關鍵詞：復合材料泡沫夾層結構低速沖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》 2013年

復合材料泡沫夾層結構低速沖擊與沖擊后壓縮性能研究

王杰  

【摘要】：復合材料泡沫夾層結構是先進復合材料的一種結構形式。它具有重量輕、比強度和比剛度高、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，因此，這種結構在航空航天、交通運輸、運動器材、風力發(fā)電、醫(yī)療器材等領域得到廣泛應用。但是，在工程應用中，復合材料泡沫夾層結構很容易遭受各種外來物體的沖擊，尤其是低速沖擊。這些低速沖擊事件會對復合材料泡沫夾層結構的面板、夾芯及粘結層造成各種形式的損傷。這些沖擊損傷將引起復合材料泡沫夾層結構剛度及強度的急劇下降，從而對復合材料泡沫夾層結構的安全性產生威脅。經過國內外學者的不懈努力，在復合材料夾層結構低速沖擊及沖擊后壓縮性能研究方面已取得了豐富的成果，但是在預測低速沖擊響應、沖擊損傷及沖擊后剩余強度方面還存在一些沒有解決的問題。另外，隨著各種新型復合材料夾層結構的不斷涌現(xiàn)，有必要對其低速沖擊與沖擊后壓縮性能開展研究。 本文回顧了近六十年來國內外研究人員在復合材料夾層結構低速沖擊及沖擊后壓縮性能理論、數(shù)值及試驗研究方面的現(xiàn)狀和已取得的一些重要結果，并對目前該領域存在的問題進行了深入分析，對以碳纖維平紋織物層壓板為面板，以PUR泡沫為夾芯的復合材料夾層結構的低速沖擊及沖擊后壓縮性能進行了實驗和數(shù)值研究。 主要研究內容包括： （1）復合材料泡沫夾層結構低速沖擊響應試驗研究。以沖擊能量、沖頭尺寸、面板厚度和夾芯厚度為變量，建立了不同試驗案例，開展了復合材料泡沫夾層結構低速沖擊試驗。采用非接觸式測量系統(tǒng)記錄沖頭的位移和速度及底部面板的變形歷程。測量了試件與沖頭間的接觸載荷、接觸時間、沖擊過程中吸收的能量等沖擊響應，研究了沖擊能量、沖頭尺寸、面板厚度和夾芯厚度等參數(shù)對各個沖擊響應的影響。 （2）復合材料泡沫夾層結構低速沖擊損傷研究。采用無損檢測和破壞性檢測相結合的方法對復合材料泡沫夾層結構遭受低速沖擊后出現(xiàn)的損傷類型和損傷狀態(tài)進行了詳細檢測。分析了檢測結果，并確定了低速沖擊對復合材料泡沫夾層結構各成分造成的損傷。通過非接觸式測量系統(tǒng)獲得了各個試驗案例凹坑損傷的直徑和深度，并分析了沖擊變量、夾層板構型參數(shù)對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，并與相應的試件損傷信息進行了比較，揭示了復合材料泡沫夾層結構在低速沖擊載荷下的破壞過程。 （3）復合材料泡沫夾層結構沖擊后壓縮性能試驗研究。對低速沖擊試驗后的復合材料泡沫夾層試件以及相應的完好試件進行了單軸壓縮試驗，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應變歷程，揭示了復合材料泡沫夾層試件沖擊后壓縮載荷下的失效機制，并分析了沖擊變量和泡沫夾層板構型參數(shù)對沖擊后壓縮剩余強度的影響。 （4）閉孔泡沫力學性能的試驗和數(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。將有限元預測結果與試驗結果及其他理論結果進行比較，驗證了模型的有效性。然后，采用驗證后的模型進行參數(shù)化有限元分析，研究了PMI泡沫單胞尺寸和孔壁厚度對泡沫有效模量的影響。使用三維失效準則和可壓損泡沫(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失效漸進損傷模型。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展造成的材料非線性，并使用塑性理論考慮復合材料面板的面內剪切非線性。模型采用最大應力準則預測平紋織物鋪層中纖維束的斷裂失效。此外，本文還對平紋編織復合材料面板進行力學試驗，測得面板材料的基本力學性能及漸進損傷模型所需要的參數(shù)。 （6）復合材料泡沫夾層結構低速沖擊數(shù)值研究�；诳蓧簱p泡沫模型和漸進損傷模型，對復合材料泡沫夾層板的低速沖擊進行了三維有限元分析。將有限元預測的低速沖擊響應和沖擊損傷與相應的試驗結果進行比較，驗證了模型的有效性。利用驗證后的有限元模型進行參數(shù)化分析，，研究面板厚度、沖擊能量和沖頭尺寸對凹坑深度的綜合影響。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TB33
【目錄】：

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 于耀;王偉;;夾層板復雜彎曲極限強度性能研究[J];中國艦船研究;2014年03期

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 程小全,寇長河,酈正能;復合材料蜂窩夾芯板低速沖擊后的壓縮[J];北京航空航天大學學報;1998年05期

2 胡培;;PMI泡沫:夾層結構的芯材[J];玻璃鋼;2003年02期

3 趙愛瑩;余音;汪海;;泡沫夾層板脫粘損傷的小波分析檢測技術研究[J];玻璃鋼/復合材料;2010年04期

4 寇長河,程小全,酈正能;低速沖擊后復合材料蜂窩夾芯板的拉伸特性[J];復合材料學報;1998年04期

5 曹明法,胡培;船用玻璃鋼/復合材料夾層結構中的泡沫芯材[J];江蘇船舶;2004年02期

6 白瑞祥,陳浩然;低速沖擊后含損復合材料夾層板剩余強度研究進展[J];力學進展;2002年03期

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李志君,李學成;中溫固化碳纖維/環(huán)氧復合材料研究[J];工程塑料應用;1998年11期

2 胡培;陳志東;薛元德;孫春方;;泡沫夾層結構的模壓共固化成型工藝及參數(shù)選定[J];工程塑料應用;2007年08期

3 王寶春;鄭威;袁秀梅;;泡沫塑料研究進展[J];工程塑料應用;2009年10期

4 張廣成;史愛華;潘恒太;馬忠雷;;低密度硬質交聯(lián)PVC泡沫塑料的研究進展[J];工程塑料應用;2011年08期

5 呂雁;程赫明;俞斌;;竹膠合板矩形梁力學性能的研究[J];四川建筑科學研究;2006年06期

6 杜忠華,趙國志,王曉鳴,歐陽春;復合材料層合板抗彈性的工程分析模型[J];兵器材料科學與工程;2002年01期

7 王曉純,增田雄市郎,徐秉業(yè);正交異性板彎曲剛度系數(shù)的反分析方法[J];北方工業(yè)大學學報;1996年01期

8 王曉純,高建嶺,白雪;復合材料結構性能參數(shù)識別與反分析方法研究[J];北方工業(yè)大學學報;2004年01期

9 繆長青,張行;蜂窩夾芯梁脫膠問題的力學分析[J];北京航空航天大學學報;1998年01期

10 程小全,寇長河,酈正能;復合材料蜂窩夾芯板低速沖擊后的壓縮[J];北京航空航天大學學報;1998年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蘇繼龍;;普通材料和復合材料彈性模量的比較教學[A];中國力學學會學術大會'2005論文摘要集（上）[C];2005年

2 楊孚標;肖加余;曾竟成;江大志;邢素麗;王遵;;復合材料蜂窩夾心板的低速沖擊損傷[A];復合材料——基礎、創(chuàng)新、高效：第十四屆全國復合材料學術會議論文集（上）[C];2006年

3 石榮榮;于佳;佟麗莉;;復合材料熱膨脹系數(shù)計算方法的研究[A];第十五屆全國復合材料學術會議論文集（下冊）[C];2008年

4 佟麗莉;葛源源;;鋪層角度和厚度偏差對層合板熱性能的影響[A];第十五屆全國復合材料學術會議論文集（下冊）[C];2008年

5 何金榮;曾正賓;田小巖;;碳/玻混雜纖維復合材料拉伸性能試驗研究[A];貴州省巖石力學與工程學會2008年學術年會論文集[C];2008年

6 吳剛;吳智深;孫澤陽;孫維理;田野;馮武強;;新型纖維增強復合材料-輕質加氣混凝土(FRP-ALC)夾層結構[A];第五屆全國FRP學術交流會論文集[C];2007年

7 白瑞祥;王蔓;陳浩然;;含損傷復合材料夾層板的振動和傳遞函數(shù)分析[A];復合材料力學現(xiàn)代進展會議論文集擴展摘要[C];2005年

8 白瑞祥;王蔓;陳浩然;;含損傷復合材料夾層板的振動和傳遞函數(shù)分析[A];中國復合材料學術研討會論文集[C];2005年

9 李光亮;鄭錫濤;鄭曉霞;杜興剛;;復合材料泡沫芯夾層結構低速沖擊損傷分析[A];復合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊)[C];2010年

10 鄭傳祥;雷紹輝;孟劍;;碳纖維纏繞鋁合金內襯復合材料儲氫容器力學分析[A];第七屆全國氫能學術會議論文集[C];2006年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 龐世紅;夾層玻璃等效厚度研究[D];中國建筑材料科學研究總院;2009年

2 曹海建;三維機織整體中空復合材料的結構及性能研究[D];江南大學;2010年

3 孟黎清;飛機蜂窩結構動態(tài)沖擊下的破壞機理及吸收能量分配機制[D];太原理工大學;2011年

4 李龍飛;高速旋轉層合圓板（梁）行波動力特性及其空氣彈性穩(wěn)定性研究[D];蘭州大學;2011年

5 李守海;橡實基復合高分子材料的制備與性能研究[D];中國林業(yè)科學研究院;2011年

6 黨旭丹;X-cor夾層結構制備與力學性能研究[D];南京航空航天大學;2009年

7 蘇軍;單向Cf/Al復合材料缺陷Chirplet參數(shù)表征及強度損傷研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

8 蘆頡;金屬蜂窩夾芯結構的疲勞行為研究[D];哈爾濱工程大學;2011年

9 蘇文政;基于偶應力理論的多孔固體材料與結構的分析與設計[D];大連理工大學;2009年

10 白瑞祥;含損傷復合材料夾層板和加筋板的損傷擴展與破壞研究[D];大連理工大學;2002年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉志慧;鋼夾層板船體結構強度分析方法研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

2 王塞北;焊接蜂窩鋁板平壓力學性能數(shù)值模擬研究[D];昆明理工大學;2010年

3 陳立杰;基于復合材料力學理論的凍土本構模型探索[D];西北農林科技大學;2010年

4 陳士哲;蜂窩夾層梁結構在低速沖擊下的動力響應研究[D];太原理工大學;2011年

5 武燕;中低速荷載作用下NOMEX蜂窩結構的塑性變形模式研究[D];太原理工大學;2011年

6 周昱;復合材料抗層壓板抗高速沖擊行為模擬研究[D];武漢理工大學;2011年

7 高穎;FGM板與均勻板的靜動態(tài)響應解之間的線性轉換關系[D];蘭州理工大學;2011年

8 趙佳遙;矩形鋼管—竹材膠合板組合梁抗彎性能試驗研究[D];河北工程大學;2011年

9 何文佳;UH_L/EP復合材料吸濕行為及吸濕應力的有限元分析[D];華南理工大學;2011年

10 袁偉;開口對受剪復合材料層合板受力特性影響的研究[D];南京航空航天大學;2009年

【同被引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王兵;馮吉才;李慶飛;吳林志;馬力;;纖維柱增強泡沫夾芯的等效力學性能研究[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2012年03期

2 楊娜娜;李剛;姚熊亮;張忠宇;;變截面正八邊形棱柱風載特性試驗[J];華中科技大學學報(自然科學版);2013年08期

3 毛春見;許希武;林智育;;含沖擊損傷復合材料層板及加筋壁板剩余強度研究[J];應用力學學報;2010年02期

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 繆長青,張行;蜂窩夾芯梁脫膠問題的力學分析[J];北京航空航天大學學報;1998年01期

2 程小全,寇長河,酈正能;復合材料蜂窩夾芯板低速沖擊后的壓縮[J];北京航空航天大學學報;1998年05期

3 寇長河,程小全,酈正能;復合材料蜂窩夾芯板低速沖擊后壓縮強度估算[J];北京航空航天大學學報;1998年05期

4 吳滌,酈正能,寇長河;蜂窩夾芯疊層板的低速沖擊損傷分析[J];北京航空航天大學學報;1999年01期

5 白瑞祥,陳浩然,蘇長健;考慮面板和心體剪切效應的復合材料夾層板穩(wěn)定性的有限元分析[J];玻璃鋼/復合材料;1999年05期

6 李宏男,孫鴻敏;基于小波分析和神經網(wǎng)絡的框架結構損傷診斷方法[J];地震工程與工程振動;2003年05期

7 陳浩然,白瑞祥;含損傷復合材料夾層板剩余壓縮強度數(shù)值分析[J];大連理工大學學報;2001年04期

8 程小全,寇長河,酈正能;復合材料夾芯板低速沖擊后彎曲及橫向靜壓特性[J];復合材料學報;2000年02期

9 白瑞祥,陳浩然;含界面脫粘及表板基體開裂損傷的復合材料夾層板非線性穩(wěn)定性的研究[J];復合材料學報;2002年02期

10 陳浩然;第十屆國際復合材料學術會議和復合材料結構力學研究進展[J];復合材料學報;1996年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 白瑞祥;陳浩然;蘇長健;;復合材料夾層板壓-剪穩(wěn)定性有限元分析[A];計算力學研究與進展——中國力學學會青年工作委員會第三屆學術年會論文集[C];1999年

2 白瑞祥;陳浩然;高鵬;;含損傷復合材料夾層板非線性熱屈曲分析[A];復合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展——第十一屆全國復合材料學術會議論文集[C];2000年

3 白瑞祥;陳浩然;;含界面開裂損傷的復合材料夾層板線性和非線性熱-機械力屈曲性態(tài)研究[A];第九屆全國結構工程學術會議論文集第Ⅰ卷[C];2000年

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1 王越;張鳳玲;;夾層結構剝離強度下降原因分析[J];化學與黏合;2011年04期

2 郭春艷;孫占紅;孟凡濤;;蜂窩夾層結構吸波性能的試驗研究[J];航空工藝技術;1997年03期

3 杜龍;矯桂瓊;黃濤;;X狀Z向碳pin增強泡沫夾層結構剪切剛度預報[J];固體力學學報;2007年04期

4 紀雙英;邢軍;李宏運;益小蘇;;夾層結構用硬質聚氨酯泡沫材料的研制[J];聚氨酯工業(yè);2008年01期

5 NORMAN ;O.BRINK;;用于水下壓力容器的夾層園筒結構[J];纖維復合材料;1973年05期

6 蔣昊;后處理對硬質聚氨酯泡沫塑料夾層結構質量的影響[J];洪都科技;1979年04期

7 何穎;玻璃鋼/聚氨酯泡沫塑料夾層結構兩種成型工藝的比較[J];工程塑料應用;1999年10期

8 ;加肋夾層結構玻璃鋼管[J];玻璃鋼/復合材料;1979年01期

9 鄒國發(fā),龍國榮,萬建平,嚴旭 ,陸榕海 ,馬軍;樹脂基復合材料蜂窩夾層結構修補技術研究[J];玻璃鋼/復合材料;2005年06期

10 況祺;夏凌輝;常春偉;;ANSYS在復合材料夾層結構屈曲分析中的應用[J];科學技術與工程;2005年23期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周祝林;吳伯明;曹桂芬;;夾層結構彎曲試驗方法試驗驗證研究報告[A];復合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊)[C];2010年

2 周祝林;吳伯明;賀志遠;丁鎖柱;;用3D夾層結構復合材料制造的50kW風力葉片設計計算[A];第十八屆玻璃鋼/復合材料學術年會論文集[C];2010年

3 李光亮;鄭錫濤;鄭曉霞;杜興剛;;復合材料泡沫芯夾層結構低速沖擊損傷分析[A];復合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊)[C];2010年

4 周祝林;吳伯明;曹桂芬;;新型3D夾層結構復合材料污水池蓋罩強度剛度設計計算[A];復合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊)[C];2010年

5 杜龍;矯桂瓊;黃濤;李朝光;;X狀Z-pin增強泡沫夾層結構的壓縮性能[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術大會’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;;新型纖維增強復合材料-輕質加氣混凝土(FRP-ALC)夾層結構[A];第五屆全國FRP學術交流會論文集[C];2007年

7 杜龍;矯桂瓊;黃濤;李朝光;;Z-pin增強泡沫夾層結構的彎曲性能[A];第十五屆全國復合材料學術會議論文集（下冊）[C];2008年

8 王紹杰;蘇幼坡;;采用夾層板理論推導預應力混凝土夾芯保溫屋面板開裂荷載及撓度的解析式[A];第七屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅱ卷）[C];1998年

9 涂遠星;屠永清;周正海;;組合扁梁樓蓋在夾層結構中的應用[A];中國鋼結構協(xié)會鋼-混凝土組合結構分會第十次年會論文集[C];2005年

10 胡培;Leonhard Maier;Hermann Seibert;;PMI泡沫填充A形加筋條結構的應用[A];復合材料——基礎、創(chuàng)新、高效：第十四屆全國復合材料學術會議論文集（上）[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 肖建春 張紅;[N];科技日報;2000年

2 金星　本報記者 張顯峰;[N];科技日報;2011年

3 特約記者 虞仲義 通訊員 夏雨禾;[N];中國化工報;2007年

4 本報記者 宋亞林;[N];中國航空報;2006年

5 俞進學;[N];中國船舶報;2004年

6 中冶集團建筑研究總院 張大厚;[N];中國建材報;2008年

7 ;[N];網(wǎng)絡世界;2001年

8 戈芳;[N];中國紡織報;2006年

9 彼工;[N];中國建材報;2007年

10 孫文;[N];中國質量報;2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黨旭丹;X-cor夾層結構制備與力學性能研究[D];南京航空航天大學;2009年

2 劉海韜;夾層結構SiCf/SiC雷達吸波材料設計、制備及性能研究[D];國防科學技術大學;2010年

3 張鐵亮;衛(wèi)星夾層結構分析與結構設計研究[D];南京航空航天大學;2012年

4 閆法強;夾層結構天線罩材料的設計、制備及其寬頻透波性能[D];武漢理工大學;2007年

5 魏克湘;大范圍運動電流變夾層梁的動力學特性與振動控制[D];上海交通大學;2006年

6 李響;承載夾層復合材料的輕量化設計方法及其應用研究[D];武漢理工大學;2011年

7 王林;深海耐壓結構型式及穩(wěn)定性研究[D];中國艦船研究院;2011年

8 胡白香;磁流變液夾層梁的動力學研究[D];南京航空航天大學;2008年

9 孟黎清;飛機蜂窩結構動態(tài)沖擊下的破壞機理及吸收能量分配機制[D];太原理工大學;2011年

10 姚嘉;椰纖維增韌復合材料的設計及其性能評價[D];東北林業(yè)大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李琪;不連續(xù)十字型點陣夾層結構的吸能效應[D];大連理工大學;2012年

2 王華吉;復合材料蜂窩夾層結構制備及其力學性能分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

3 范琳;雙馬X-cor夾層結構成型工藝與力學性能研究[D];南京航空航天大學;2011年

4 劉峰;PMI泡沫殼體夾層結構設計及力學性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

5 周慶豐;大型風力機葉片結構的有限元數(shù)值計算方法的研究[D];南京航空航天大學;2010年

6 楊備;寬頻透波陶瓷基復合材料夾層結構設計、仿真與驗證[D];國防科學技術大學;2010年

7 羅涵;三維縫合夾層結構復合材料的制備與性能研究[D];武漢理工大學;2010年

8 李岸香;基于隨機有限元法夾層結構變形研究[D];大連理工大學;2010年

9 謝莉;新型玻璃鋼蜂窩夾層結構模板研究[D];南京工業(yè)大學;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;2012年

  本文關鍵詞：復合材料泡沫夾層結構低速沖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：248430