金屬泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究.pdf

1、金屬泡沫夾芯結(jié)構(gòu)是近年來出現(xiàn)的一種新型夾芯結(jié)構(gòu)，它在作為結(jié)構(gòu)承載的同時兼有緩沖吸能、吸聲、降噪及輕質(zhì)等優(yōu)越性能，已被應(yīng)用于航空、航天及航海等高科技領(lǐng)域。目前各國學(xué)者研究的金屬泡沫夾芯結(jié)構(gòu)其面板多為金屬面板，但復(fù)合材料面板金屬泡沫夾芯結(jié)構(gòu)要比金屬面板金屬泡沫夾芯結(jié)構(gòu)具有更明顯的優(yōu)勢，如比強度高、比剛度大等，相應(yīng)的研究工作還處于初級階段，有許多問題需要進一步研究和探討。本文針對金屬泡沫及其復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)，從其拉伸、壓縮、剪切、彎曲及局部載

2、荷作用下的基本力學(xué)性能、失效模式及損傷機制角度進行了試驗、理論和數(shù)值分析。
　　第一章從制備工藝、力學(xué)性能等幾個方面對金屬泡沫及其夾芯結(jié)構(gòu)進行了簡要概述，并闡述了本文選題的目的和意義及主要研究內(nèi)容。
　　金屬泡沫夾芯結(jié)構(gòu)是由面板和芯子構(gòu)成的，對夾芯結(jié)構(gòu)進行理論分析，數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計，都需要面板和芯子的基本力學(xué)性能參數(shù)。因此，第二章首先介紹了面板的制備過程和金屬泡沫芯子的結(jié)構(gòu)與表征；隨后對復(fù)合材料面板進行了拉伸力學(xué)試驗和有限

3、元分析，以確定其拉伸力學(xué)性能；最后對金屬泡沫進行了拉伸、壓縮及剪切試驗，得到了鋁泡沫拉伸、壓縮及剪切基本力學(xué)性能參數(shù)，同時，分析了其斷口形貌和破壞模式。
　　第三章主要研究了鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的彎曲和面內(nèi)壓縮力學(xué)性能。首先對夾芯結(jié)構(gòu)在彎曲和面內(nèi)壓縮載荷下可能出現(xiàn)的失效模式進行了分析，給出了各種失效模式對應(yīng)的失效載荷計算公式。通過對鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的三點彎曲和面內(nèi)壓縮試驗，得到了鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的彎曲和面內(nèi)壓縮力學(xué)性

4、能及失效模式。從理論上預(yù)報了鋁泡沫夾芯梁的彎曲剛度和在三點彎曲下可能出現(xiàn)的失效模式及失效載荷，與試驗結(jié)果吻合較好。最后將有限元計算和理論分析得到的鋁泡沫復(fù)合材料夾芯板在面內(nèi)壓縮載荷作用下的屈曲載荷與試驗結(jié)果進行了對比，三者吻合較好。
　　第四章首先根據(jù)閉孔韌性鋁泡沫的自身特點，基于彈塑性斷裂力學(xué)分析方法設(shè)計了閉孔泡沫斷裂韌性實驗，采用裂紋尖端張開位移（CTOD）作為其斷裂韌性指標(biāo)。隨后，針對本文設(shè)計的鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的特點，

5、采用改進的 CSB斷裂試驗，對鋁泡沫復(fù)合材料夾芯梁進行了斷裂試驗，得到了鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)面芯間的界面斷裂韌性及其失效模式，還研究了芯子厚度對界面斷裂韌性的影響。最后，采用 ABAQUS有限元軟件對鋁泡沫夾芯結(jié)構(gòu)進行了有限元數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)有限元模擬結(jié)果和斷裂試驗結(jié)果及失效機制吻合較好，從而驗證了數(shù)值模型的有效性。
　　第五章對閉孔鋁泡沫及其夾芯結(jié)構(gòu)進行了壓痕試驗，研究了鋁泡沫及其夾芯結(jié)構(gòu)在不同壓頭形狀、尺寸、錐角、不同鋁泡沫相

6、對密度及邊界條件下的壓痕響應(yīng)及吸能特性，探討了鋁泡沫及其夾芯結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)靜態(tài)壓痕微觀變形機制，并求得了鋁泡沫的壓痕力學(xué)性能參數(shù)。基于試驗結(jié)果建立了壓痕硬度、鋁泡沫吸能能力、能量吸收率與壓頭尺寸、壓頭錐角及鋁泡沫相對密度之間的關(guān)系。最后通過對鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)在球壓頭作用下壓痕試驗，發(fā)現(xiàn)其損傷模式為基體開裂、纖維斷裂、層間分層以及鋁泡沫的屈服。
　　第六章采用有限元方法對鋁泡沫在不同形狀、錐角壓頭作用下的壓痕響應(yīng)進行了數(shù)值模擬。揭示