復合材料折疊夾芯結(jié)構(gòu)制備及力學性能研究.pdf

1、作為新型的夾芯結(jié)構(gòu)，復合材料折疊夾層結(jié)構(gòu)具有比強度高，比剛度大和良好的吸能性等特點，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驗手段探索一種簡單可行的復合材料折疊夾芯結(jié)構(gòu)芯材制備方法，從而實現(xiàn)芯材制備批量化、標準化和高效率生產(chǎn)，使得該結(jié)構(gòu)在工程應用中占有一席之地。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際應用提供可靠的依據(jù)。
　　本研究針對這一目標，選取熱壓工

2、藝作為制備手段。本次研究從復合材料的固化動力學出發(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)進行了優(yōu)化選取。首先通過對兩種預浸料進行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。在此基礎上，對材料進行了DSC等溫（凝膠溫度、固化溫度）掃描熱分析，然后以固化動力學的基本原

3、理為依據(jù)，確定了預浸料固化度隨時間的變化曲線，并結(jié)合凝膠試驗結(jié)果，初步確定了固化各階段所需要的時間。設計并制造了一套熱壓模具，對折疊芯子進行了制備，并以芯材的抗壓強度、質(zhì)量、生產(chǎn)效率為目標，利用正交試驗、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行了優(yōu)化選取。在壓縮性能試驗中，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)進行了靜態(tài)的壓縮試驗。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)進行靜態(tài)壓縮試驗，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，進而對其力學特性及吸能特性進行了評估研究。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性能和吸能特性變化規(guī)律，利用ANSYS/ADPL進行數(shù)值化建模，使用LS/dyna有限元軟件，采用Chang-Chang和Tsai-Wu失效準則分別對碳纖維和凱夫拉復合材料折疊夾