纤维金属层板（FMLs）结构制造方法研究

【摘要】：纤维金属层板(FMLs)是一种由金属薄板和纤维材料交替铺层后,在一定温度和压力下固化而成的一种层间混杂复合材料。FMLs综合了传统纤维复合材料和金属材料的特点,克服了单一复合材料和金属材料的不足,不但有高的比强度和比刚度,还具有金属材料的韧性和可加工性,而优良的疲劳性能和损伤容限性能是FMLs的最主要的特点。FMLs在国外已得到成功应用,但我国对FMLs的研究目前几乎还是一个空白。 热塑性纤维金属层板由于具有较好的韧性,易成形且能够回收利用,适用于大批量产品的制造。本文以两种热塑性纤维金属层板Al-Twintex和Al-Curv为研究对象,通过试验和模拟两种方法对FMLs的成形进行了研究。 首先,对两种热塑性纤维金属层板(Al-Twintex和Al-Curv)的成形性进行了试验研究。通过拉伸试验测得了两种层板的机械性能参数,发现Al-Twintex和Al-Curv层板相对铝板具有更为优良的机械性能,适合于塑性成形;不同温度预热后的弯曲试验和拉深试验表明成形温度对两种层板的成形性有较大的影响;室温下拉深试验表明这两种材料不适于进行一次性深冲压。 在试验研究的基础之上,本文采用有限元模拟的方法,建立了两层板拉深成形过程的有限元模型;对层板成形过程中的位移、应力、应变、接触力、摩擦力进行了分析,并与试验结果进行了对比。对比结果表明:有限元模型所反映的两层板成形特点与试验所得基本相符。 本文研究方法和研究成果为这两种新型材料的进一步研究奠定了基础,对这种新材料的应用具有指导意义。