K-cor增強泡沫夾層結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究.pdf

1、K-cor結(jié)構(gòu)是Z-pin增強傳統(tǒng)泡沫得到的一種新型復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu),更好地適應(yīng)了航空航天材料輕質(zhì)高強的需要。目前國內(nèi)尚處于制備階段,相關(guān)文獻報道較少。本文研究了四向Z-pin植入的K-cor結(jié)構(gòu),通過拉伸和橋率試驗獲得了面板-芯子的結(jié)合狀態(tài),并通過K-cor結(jié)構(gòu)在壓縮、剪切、沖擊、側(cè)壓載荷下的響應(yīng),對其準靜態(tài)和動態(tài)力學(xué)性能的失效機理展開研究,為K-cor結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供參考。
　　為拉擠出適合K-cor結(jié)構(gòu)的半固化環(huán)氧Z-pi

2、n,平衡Z-pin的剛度和塑性,根據(jù)樹脂固化特征,結(jié)合試驗手段,確定拉擠參數(shù)為:膠槽溫度25℃、模具溫度92±5℃、后固化烘道溫度113±3℃、拉擠速度3.24mm/s。通過改變L/W方向Z-pin植入比例改進植入布局,并根據(jù)樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和泡沫最高使用溫度,探索出K-cor結(jié)構(gòu)Z-pin的植入和壓彎工藝流程。
　　針對夾層結(jié)構(gòu)面板-芯材易分層的問題,通過拉伸和橋率試驗評價Z-pin直徑、面板厚度、膠膜對K/X-cor結(jié)構(gòu)結(jié)合

3、界面的影響。結(jié)果表明:K-cor結(jié)構(gòu)拉伸性能主要取決于Z-pin端部與面板的接觸面積和結(jié)合強度,可通過增大Z-pin植入直徑或添加膠膜的方法改善;并得到K/X-cor界面破壞載荷隨面板厚度的變化規(guī)律。典型試驗對比結(jié)果:面板為2mm時,X-cor橋率試樣破壞載荷比K-cor高12.0％;面板為0.5mm時,K-cor結(jié)構(gòu)破壞載荷比X-cor高34.2%,同時對面板損傷較小。
　　利用壓縮和剪切試驗研究K-cor結(jié)構(gòu)在準靜態(tài)載荷下的基

4、本力學(xué)行為。采用歐拉桿屈曲模型,以端部約束系數(shù)?定量表征夾層結(jié)構(gòu) Z-pin端部結(jié)合程度。研究了 Z-pin直徑和折彎長度對壓縮試驗性能的影響。利用“混合法則”和顯微觀察比較了 Z-pin直徑對 K/X-cor結(jié)構(gòu)的增強效率,發(fā)現(xiàn)K-cor結(jié)構(gòu)中Z-pin增強效率高而對結(jié)構(gòu)損傷小。結(jié)合X射線掃描觀察K-cor結(jié)構(gòu)的兩種破壞模式,探討了折彎長度對 K-cor結(jié)構(gòu)壓縮比強度和比模量的影響,得到最優(yōu)折彎長度半經(jīng)驗式。對比X-corH、K-co

5、rH結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)剪切性能,發(fā)現(xiàn)X-cor結(jié)構(gòu)對泡沫和膠膜依賴性低,泡沫和膠膜對K-cor結(jié)構(gòu)增強效果明顯。
　　采用落錘沖擊試驗開展了K/X-cor夾層結(jié)構(gòu)的低速沖擊試驗,結(jié)合紅外無損檢測和接觸式測量方法對沖擊后損傷進行了檢測和對比。研究結(jié)果表明,隨沖擊能量增加,損傷面積和凹坑深度、增加速率由小變大,最后趨于飽和;剩余壓縮強度隨著沖擊損傷能量的增加呈下降趨勢;提高Z-pin分布均勻性、減小植入角度和提高植入密度均可以降低沖擊后K