復(fù)合材料折疊夾芯結(jié)構(gòu)制備及力學(xué)性能研究.pdf

1、作為新型的夾芯結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料折疊夾層結(jié)構(gòu)具有比強(qiáng)度高，比剛度大和良好的吸能性等特點(diǎn)，有望取代傳統(tǒng)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)作為航空航天器的主承力結(jié)構(gòu)材料。本文的目的是通過實(shí)驗(yàn)手段探索一種簡單可行的復(fù)合材料折疊夾芯結(jié)構(gòu)芯材制備方法，從而實(shí)現(xiàn)芯材制備批量化、標(biāo)準(zhǔn)化和高效率生產(chǎn)，使得該結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中占有一席之地。并找到不同材質(zhì)以及結(jié)構(gòu)、尺寸對其壓縮性能的影響規(guī)律，為該類結(jié)構(gòu)材料的理論研究與實(shí)際應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。
　　本研究針對這一目標(biāo)，選取熱壓工

2、藝作為制備手段。本次研究從復(fù)合材料的固化動力學(xué)出發(fā)，選擇C-03P-200碳纖維和Kevlar-49兩種不同性質(zhì)的平紋編織預(yù)浸料作為研究對象?；跓釅哼^程溫度、時間、壓力三要素，對工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選取。首先通過對兩種預(yù)浸料進(jìn)行5℃、10℃、15℃、20℃的非等溫DSC掃描熱分析，然后通過外推法確定預(yù)浸料最佳的凝膠溫度、熱壓固化溫度和后處理溫度。在此基礎(chǔ)上，對材料進(jìn)行了DSC等溫（凝膠溫度、固化溫度）掃描熱分析，然后以固化動力學(xué)的基本原

3、理為依據(jù)，確定了預(yù)浸料固化度隨時間的變化曲線，并結(jié)合凝膠試驗(yàn)結(jié)果，初步確定了固化各階段所需要的時間。設(shè)計并制造了一套熱壓模具，對折疊芯子進(jìn)行了制備，并以芯材的抗壓強(qiáng)度、質(zhì)量、生產(chǎn)效率為目標(biāo)，利用正交試驗(yàn)、極差分析法，分別對固化工藝各階段的保溫時間和工藝壓力進(jìn)行了優(yōu)化選取。在壓縮性能試驗(yàn)中，分別對不同厚度的芯子、不同約束條件下的夾芯結(jié)構(gòu)、不同材料組合形式多層折疊夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜態(tài)的壓縮試驗(yàn)。首先，通過改變芯壁的厚度，研究了芯子隨相對密度變

4、化的壓縮力-位移變化規(guī)律及變形失效形式。最后對折疊夾芯結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)的折疊夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)壓縮試驗(yàn)，得到了折疊夾芯結(jié)構(gòu)在靜態(tài)壓縮載荷作用下的力-位移變化曲線、破壞模式，進(jìn)而對其力學(xué)特性及吸能特性進(jìn)行了評估研究。為了探究不同幾何尺寸的折疊夾芯結(jié)構(gòu)在壓縮載荷下的力學(xué)性能和吸能特性變化規(guī)律，利用ANSYS/ADPL進(jìn)行數(shù)值化建模，使用LS/dyna有限元軟件，采用Chang-Chang和Tsai-Wu失效準(zhǔn)則分別對碳纖維和凱夫拉復(fù)合材料折疊夾