三维整体复合材料夹芯结构的设计、制备与性能

论文摘要

复合材料夹芯结构具有轻质高强、隔热吸音减震等优点,已经广泛用于制造列车辅助件。但是,传统泡沫夹芯结构存在承载极限不够理想、面芯界面强度低、型芯强度低等问题,限制了其在主承力结构件上的应用。为了改善以上性能,本文提出了三维整体复合材料夹芯结构,并围绕这种新型夹芯结构开展了研究工作。首先,设计了夹芯结构构型。并采用连续纤维纱线缝合工艺制备预成型体;采用真空导入模塑工艺(VIMP)注胶,在芯子中引入复合材料柱子,实现面板、柱子的共浸渍和共固化,制得表观质量较好的三维整体复合材料夹芯结构试样。其次,进行了平压试验,研究材料和结构参数对压缩性能的影响。结果表明:①新型夹芯结构的压缩性能明显高于传统夹芯结构。②环氧树脂(EP)为基体材料的试样的压缩性能和特定性能(specific properties,指相应力学性能与密度的比值)优于不饱和聚酯树脂(UP);碳纤维(CF)为增强材料的试样的压缩性能和特定性能优于玻璃纤维(GF)。③当型芯为聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫,试样压缩性能和特定性能最佳。④压缩模量随面板厚度(t)增加或芯子厚度(h)减小而增加。⑤压缩性能随柱子直径(D)增加或柱子间距(d)减小而增加。再次,进行了三点弯曲试验。结果表明:①新型夹芯结构的弯曲性能强于传统夹芯结构。②EP为基体材料的试样的弯曲性能优于UP,但特定性能低于UP;而CF为增强材料的试样的弯曲性能和特定性能都优于GF。③剪切性能最佳的聚氯乙烯(PVC)泡沫作为芯子材料,试样的弯曲性能最好。当芯子为PMI泡沫,比刚度最高。④弯曲刚度随t或h增加而增加。⑤弯曲性能随D增加或d减小而提高。最后,进行了拉剪试验。结果表明:①新型夹芯结构的剪切性能高于传统夹芯结构。②EP为基体材料的试样的剪切性能优于UP,而比模量低于UP;CF为增强材料的试样的剪切性能优于GF,但是比强度低于GF。③当芯子为PVC泡沫,剪切性能最强,其次是PMI泡沫和聚酯(PET)泡沫,最差的是聚氨酯(PUR)泡沫。而且PVC泡沫为芯子的试样的特定性能最佳。④剪切性能随D增加或d减小而提高,尤其是剪切模量。

论文目录

• 目录
• 表目录
• 图目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高速列车及其复合材料应用发展概述
• 1.1.1 高速列车发展概况
• 1.1.2 高速列车复合材料应用发展概述
• 1.2 复合材料夹芯结构概述
• 1.2.1 复合材料夹芯结构分类及制备方法
• 1.2.2 复合材料夹芯结构的特点
• 1.3 三维整体复合材料夹芯结构国内外研究现状简介
• 1.3.1 三维整体复合材料夹芯结构的研究背景
• 1.3.2 三维整体复合材料夹芯结构的研究现状
• 1.4 本文选题依据与研究内容
• 第二章 三维整体复合材料夹芯结构实验方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 三维整体复合材料夹芯结构构型设计
• 2.3 三维整体复合材料夹芯结构制备方法
• 2.3.1 缝合工艺
• 2.3.2 VIMP 工艺
• 2.4 三维整体复合材料夹芯结构测试方法
• 2.4.1 三维整体复合材料夹芯结构密度测试方法
• 2.4.2 三维整体复合材料夹芯结构压缩性能测试方法
• 2.4.3 三维整体复合材料夹芯结构弯曲性能测试方法
• 2.4.4 三维整体复合材料夹芯结构剪切性能测试方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 三维整体复合材料夹芯结构试样制备
• 3.1 引言
• 3.2 主要实验原材料及仪器
• 3.3 预成型体制备
• 3.4 VIMP 工艺制备试样
• 3.5 本章小结
• 第四章 三维整体复合材料夹芯结构性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 三维整体复合材料夹芯结构密度
• 4.3 三维整体复合材料夹芯结构压缩性能分析
• 4.3.1 组份材料对三维整体复合材料夹芯结构压缩性能的影响
• 4.3.2 结构参数对三维整体复合材料夹芯结构压缩性能的影响
• 4.4 三维整体复合材料夹芯结构弯曲性能分析
• 4.4.1 组份材料对三维整体复合材料夹芯结构弯曲性能的影响
• 4.4.2 结构参数对三维整体复合材料夹芯结构弯曲性能的影响
• 4.5 三维整体复合材料夹芯结构剪切性能分析
• 4.5.1 组份材料对三维整体复合材料夹芯结构剪切性能的影响
• 4.5.2 结构参数对三维整体复合材料夹芯结构剪切性能的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果