金屬泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究.pdf

1、金屬泡沫夾芯結(jié)構(gòu)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型夾芯結(jié)構(gòu)，它在作為結(jié)構(gòu)承載的同時(shí)兼有緩沖吸能、吸聲、降噪及輕質(zhì)等優(yōu)越性能，已被應(yīng)用于航空、航天及航海等高科技領(lǐng)域。目前各國(guó)學(xué)者研究的金屬泡沫夾芯結(jié)構(gòu)其面板多為金屬面板，但復(fù)合材料面板金屬泡沫夾芯結(jié)構(gòu)要比金屬面板金屬泡沫夾芯結(jié)構(gòu)具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，如比強(qiáng)度高、比剛度大等，相應(yīng)的研究工作還處于初級(jí)階段，有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和探討。本文針對(duì)金屬泡沫及其復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)，從其拉伸、壓縮、剪切、彎曲及局部載

2、荷作用下的基本力學(xué)性能、失效模式及損傷機(jī)制角度進(jìn)行了試驗(yàn)、理論和數(shù)值分析。
　　第一章從制備工藝、力學(xué)性能等幾個(gè)方面對(duì)金屬泡沫及其夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，并闡述了本文選題的目的和意義及主要研究?jī)?nèi)容。
　　金屬泡沫夾芯結(jié)構(gòu)是由面板和芯子構(gòu)成的，對(duì)夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論分析，數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)，都需要面板和芯子的基本力學(xué)性能參數(shù)。因此，第二章首先介紹了面板的制備過(guò)程和金屬泡沫芯子的結(jié)構(gòu)與表征；隨后對(duì)復(fù)合材料面板進(jìn)行了拉伸力學(xué)試驗(yàn)和有限

3、元分析，以確定其拉伸力學(xué)性能；最后對(duì)金屬泡沫進(jìn)行了拉伸、壓縮及剪切試驗(yàn)，得到了鋁泡沫拉伸、壓縮及剪切基本力學(xué)性能參數(shù)，同時(shí)，分析了其斷口形貌和破壞模式。
　　第三章主要研究了鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的彎曲和面內(nèi)壓縮力學(xué)性能。首先對(duì)夾芯結(jié)構(gòu)在彎曲和面內(nèi)壓縮載荷下可能出現(xiàn)的失效模式進(jìn)行了分析，給出了各種失效模式對(duì)應(yīng)的失效載荷計(jì)算公式。通過(guò)對(duì)鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的三點(diǎn)彎曲和面內(nèi)壓縮試驗(yàn)，得到了鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的彎曲和面內(nèi)壓縮力學(xué)性

4、能及失效模式。從理論上預(yù)報(bào)了鋁泡沫夾芯梁的彎曲剛度和在三點(diǎn)彎曲下可能出現(xiàn)的失效模式及失效載荷，與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。最后將有限元計(jì)算和理論分析得到的鋁泡沫復(fù)合材料夾芯板在面內(nèi)壓縮載荷作用下的屈曲載荷與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，三者吻合較好。
　　第四章首先根據(jù)閉孔韌性鋁泡沫的自身特點(diǎn)，基于彈塑性斷裂力學(xué)分析方法設(shè)計(jì)了閉孔泡沫斷裂韌性實(shí)驗(yàn)，采用裂紋尖端張開(kāi)位移（CTOD）作為其斷裂韌性指標(biāo)。隨后，針對(duì)本文設(shè)計(jì)的鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，

5、采用改進(jìn)的 CSB斷裂試驗(yàn)，對(duì)鋁泡沫復(fù)合材料夾芯梁進(jìn)行了斷裂試驗(yàn)，得到了鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)面芯間的界面斷裂韌性及其失效模式，還研究了芯子厚度對(duì)界面斷裂韌性的影響。最后，采用 ABAQUS有限元軟件對(duì)鋁泡沫夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)有限元模擬結(jié)果和斷裂試驗(yàn)結(jié)果及失效機(jī)制吻合較好，從而驗(yàn)證了數(shù)值模型的有效性。
　　第五章對(duì)閉孔鋁泡沫及其夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了壓痕試驗(yàn)，研究了鋁泡沫及其夾芯結(jié)構(gòu)在不同壓頭形狀、尺寸、錐角、不同鋁泡沫相

6、對(duì)密度及邊界條件下的壓痕響應(yīng)及吸能特性，探討了鋁泡沫及其夾芯結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)靜態(tài)壓痕微觀變形機(jī)制，并求得了鋁泡沫的壓痕力學(xué)性能參數(shù)?；谠囼?yàn)結(jié)果建立了壓痕硬度、鋁泡沫吸能能力、能量吸收率與壓頭尺寸、壓頭錐角及鋁泡沫相對(duì)密度之間的關(guān)系。最后通過(guò)對(duì)鋁泡沫復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)在球壓頭作用下壓痕試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其損傷模式為基體開(kāi)裂、纖維斷裂、層間分層以及鋁泡沫的屈服。
　　第六章采用有限元方法對(duì)鋁泡沫在不同形狀、錐角壓頭作用下的壓痕響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。揭示