新型易碎复合材料的研究

论文摘要

易碎复合材料的设计、制造和质量检测要比通常的结构复合材料复杂得多,因此如何使易碎材料结构具备足够的强度和刚度的同时,在非爆炸触发条件下能按要求自行碎裂是本文研究的主要内容。本文主要致力于利用非爆炸触发方式即可碎裂的易碎复合材料的结构设计和制造研究。从仿生的角度出发,根据鸡蛋可承受较大的均布压力的特点,本文利用所提出的强度可设计易碎复合材料结构的强度理论,设计了一种仿生易碎复合材料导流罩结构。采用模压成型工艺方法在实验室制作了导流罩结构试样,并对其进行了结构性能测试。根据芝麻等种子的爆炸弹射传播方式,设计了一种仿生易碎复合材料迫击炮弹壳结构,采用缠绕成型工艺方法在实验室制备了迫击炮弹壳结构试样,对其结构性能进行了试验。单向连续纤维复合材料有纵向抗拉强度高而在横向易被撕裂的特点,把带有沿垂直纤维方向刻痕的单向板交错铺设制成层合易碎复合材料,本文采用试验的方法研究了层合板在集中力作用下的力学行为,及其在冲击载荷下的破坏形式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 易碎复合材料结构的国内外研究现状
• 1.3 易碎复合材料结构的发展趋势
• 1.4 本文的研究背景和意义
• 第二章 复合材料基础
• 2.1 复合材料及其分类
• 2.1.1 复合材料的定义
• 2.1.2 复合材料的分类
• 2.2 复合材料的特点和优点
• 2.3 增强纤维
• 2.3.1 玻璃纤维
• 2.3.2 碳纤维
• 2.4 聚合物复合材料的力学性能
• 2.4.1 单向复合材料的应力应变关系
• 2.4.2 一般层合板的本构方程
• 2.5 复合材料的应用
• 2.5.1 在航空航天工业中的应用
• 2.5.2 复合材料在其他行业上的应用
• 第三章 易碎复合材料的强度设计
• 3.1 纤维增强复合材料的纵向拉伸强度
• 3.1.1 单向纤维复合材料的纵向拉伸强度
• 3.1.2 短纤维复合材料的拉伸强度
• 3.2 短纤维增强复合材料的强度
• 3.2.1 试件的制备
• 3.2.2 试验方法
• 3.2.3 试验结果及分析
• 3.3 短纤维易碎复合材料的强度理论
• 3.3.1 各向同性材料强度理论
• 3.3.2 用于短纤维易碎复合材料的强度理论
• 3.4 小结
• 第四章 仿生易碎复合材料导流罩结构设计
• 4.1 仿生易碎复合材料导流罩结构设计
• 4.1.1 仿生原理
• 4.1.2 仿生易碎导流罩结构形式与材料设计
• 4.2 仿生易碎复合材料导流罩模压成型工艺研究
• 4.2.1 导流罩模具设计
• 4.2.2 压制前的准备
• 4.2.3 成型
• 4.3 仿生易碎复合材料导流罩性能模拟试验
• 4.3.1 抗压性能试验原理
• 4.3.2 试验方案设计
• 4.3.3 试验方法与结果分析
• 4.3.4 冲击试验
• 4.4 小结
• 第五章 仿生易碎复合材料迫击炮弹壳的研究
• 5.1 非致命性迫击炮弹壳结构
• 5.1.1 易碎仿生机理
• 5.1.2 仿生易碎复合材料迫击炮弹壳的设计
• 5.1.3 材料选择
• 5.2 非致命性迫击炮弹壳结构有限元分析
• 5.3 非致命性迫击炮弹壳结构缠绕成型工艺研究
• 5.4 易碎复合材料迫击炮弹壳的工作性能模拟试验
• 5.4.1 抗压性能试验
• 5.4.2 冲击试验
• 5.5 小结
• 第六章 层合易碎复合材料的设计与试验研究
• 6.1 正交层合板的强度设计
• 6.1.1 复合材料单层的强度理论
• 6.1.2 正交各向异性层合板的刚度和强度
• 6.2 层合易碎复合材料结构
• 6.2.1 结构形式设计
• 6.2.2 易碎机理
• 6.2.3 材料选择
• 6.3 层合易碎复合材料结构有限元分析
• 6.3.1 层合结构有限元模型的建立
• 6.3.2 边界条件和载荷的施加
• 6.3.3 层合板的易碎能力及分析
• 6.4 试验
• 6.4.1 试样的制备
• 6.4.2 层合板承压和集中力试验
• 6.4.3 层合板的冲击试验
• 6.5 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表学术论文
• 致谢