泡沫夾芯復(fù)合材料層合板開口設(shè)計(jì)及補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)研究.pdf

1、復(fù)合材料泡沫夾芯結(jié)構(gòu)是一種高效的結(jié)構(gòu)形式，具有高比強(qiáng)、高比模、重量輕、表面平整、隔音及隔熱性能好和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)勢，在航空航天、運(yùn)動器材、交通運(yùn)輸、醫(yī)療器材等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。考慮檢測檢修、管線排布等要求，必須對復(fù)合材料泡沫夾芯板進(jìn)行開口設(shè)計(jì)，開口處會切斷纖維降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度并引起應(yīng)力局部集中等情況發(fā)生，因此，復(fù)合材料泡沫夾芯板的開口結(jié)構(gòu)尤其是大開口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及補(bǔ)強(qiáng)已經(jīng)成為復(fù)合材料泡面夾芯結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中必須解決的問題。
　　本文對復(fù)合材料

2、泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及開口設(shè)計(jì)研究的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，對該領(lǐng)域研究中存在的問題進(jìn)行分析，對以玻璃纖維平紋織物層合板為面板，以泡沫為夾芯的復(fù)合材料泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的開口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)經(jīng)典層合板理論，研究了層合板失效的判定準(zhǔn)則和剛度降解模型在本文中所研究問題的實(shí)用性，并基于有限元軟件ABAQUS內(nèi)置模塊Hashin失效準(zhǔn)則及相應(yīng)的材料剛度降解模型及相應(yīng)的剛度降解模型，開發(fā)了三維復(fù)合

3、材料累積損傷材料本構(gòu)用戶子程序VUMAT。
　　(2)運(yùn)用ABAQUS有限元軟件以及其子程序VUMAT，分析了和比較了泡沫夾芯復(fù)合材料在五種開口形狀（矩形、方形、長圓形、圓形和橢圓形）對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。利用開口處局部應(yīng)力影響范圍作為判定標(biāo)準(zhǔn)，給出了補(bǔ)強(qiáng)位置和尺寸。通過復(fù)合材料插層補(bǔ)強(qiáng)和金屬補(bǔ)強(qiáng)片補(bǔ)強(qiáng)兩種補(bǔ)強(qiáng)方式的仿真結(jié)果，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)效果和補(bǔ)強(qiáng)效率的分析對比，確定了合適的補(bǔ)強(qiáng)方案。
　　(3)運(yùn)用真空輔助成型技術(shù)VARI制作

4、了相應(yīng)的試件，通過試驗(yàn)比較分析了矩形開口泡沫夾芯復(fù)合材料層合板、橢圓形開口泡沫夾芯復(fù)合材料層合板和橢圓形開口插層補(bǔ)強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料層合板的破壞和失效模式。在拉伸載荷作用下，對矩形開口和橢圓形開口對層合板抗拉強(qiáng)度、橢圓形開口層合板和橢圓形開口補(bǔ)強(qiáng)后抗拉強(qiáng)度進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)了有限元分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。
　　研究表明復(fù)合材料泡沫夾芯結(jié)構(gòu)中開口對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變分布都有顯著的影響;橢圓形開口對泡沫夾芯層合板的影響相對較小;采用插層補(bǔ)