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整体中空夹层复合材料低速冲击性能的研究

周红涛  
【摘要】: 纤维增强复合材料,具有较高的比强度和比刚度等优良特性,被广泛应用于工程领域。但是,此类复合材料对冲击载荷比较敏感,其在制造、使用和维修过程中受到外来物的低速冲击损伤成为人们关注的主要问题之一。当受到低能量冲击时,大部分情况并没有明显的目视可检损伤,但是已经导致了内部损伤,内部损伤的存在造成纤维增强复合材料在强度和刚度上的很大损失,从而形成潜在的危险。因此,研究纤维增强复合材料的低速冲击损伤问题意义重大。 整体中空夹层复合材料是一种新型的三维机织夹层复合材料,属于纤维增强材料的一种。随着该材料在国内市场应用领域的扩大,对它设计可靠性指标数据库的完善和理论分析愈加重要,尤其是低速冲击损伤特性。 本文以整体中空夹层复合材料为研究对象,采用环氧树脂基体,通过真空辅助成型工艺,将整体中空织物加工成整体中空夹层复合材料。针对低速冲击实验方法、整体中空夹层复合材料的动态响应、剩余压缩性能及提高该材料抗低速冲击性能的方法进行了深入研究,主要体现在以下四个方面: (1)根据复合材料冲击试验的特点和技术要求,完成具有实时数据采集功能的落锤式低速冲击试验仪的研制。 (2)在其他条件相同的情况下,通过调整芯材高度,研究芯材高度对整体中空夹层复合材料抗冲击性能的影响,测试了冲击过程中冲击载荷、能量吸收随时间的变化特性、最大冲击载荷、达到最大载荷时的时间和剩余压缩性能。 (3)在其他条件相同时,通过调整冲击能量,研究整体中空夹层复合材料动力学响应和剩余压缩性能与冲击能量的关系,测试了冲击过程中冲击载荷、吸收能量随时间的变化特征、最大冲击载荷、到达最大载荷时的时间及剩余压缩强度。 (4)针对整体中空夹层复合材料上下面板较薄,抵抗外来物冲击能力弱的不足,本文对提高该材料的抗冲击能进行探索研究:在整体中空夹层复合材料上下面板附加铝蒙皮,对比研究添加和不添加铝蒙皮整体中空夹层复合材料在低速冲击过程中冲击载荷、吸收能量随时间的变化。 通过本课题的研究分析,我们对整体中空夹层复合材料的低速冲击性能及损伤失效过程有了深入的了解,得出了冲击过程中冲击载荷、能量吸收的变化情况及冲击损伤的规律,为以后更加深入的理论研究打下良好的基础。


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