夹纳米纤维膜的层合板力学性能研究

论文摘要

本文针对夹纳米纤维膜层合板的力学性能进行了研究,为探索研究功能结构一体化材料进行了一些尝试。采用静电纺丝技术制备了PC纳米纤维无纺布薄膜,插入到复合材料层合板中,制备了不同的夹纳米纤维膜复合材料层合板。通过实验手段测试了各种层合板的弯曲性能与冲击性能,研究分析了其渐进破坏过程。实验结果表明,在层合板中夹入一定厚度的纳米纤维无纺布薄膜可提高层合板的弯曲强度,且随着夹入纳米纤维薄膜层数/厚度的增加(本文中纤维膜的总厚度未超过层合板厚度的4%),层合板的弯曲强度得到提高,冲击极限承载力基本没有变化,但是冲击接触过程延长,相应冲击能量提高。为了提高对各种结构层合板的分析与设计效率,寻找一种简单而有效的理论方法来计算分析各种结构的力学性能,是非常有必要的。本文采用桥联模型理论,对复合材料层合板逐次破坏过程和极限承载能力进行了分析计算。通过对纳米纤维膜进行简化处理,利用FORTRAN程序计算夹纳米纤维膜层合板在弯曲作用下的渐进破坏过程和极限强度,与实验结果吻合。应用冲击接触模型建立了层合梁在中点受冲击作用力的控制方程,寻找方程解法,结合细观力学桥联模型,计算复合材料层合板在低速冲击作用下的冲击响应,预报其极限承载力,并分析了夹入纳米纤维膜对层合板冲击性能的影响,结果表明在层合板中夹入厚度较小或层数较少的纳米纤维无纺布薄膜,不会影响层合板的最大冲击接触力甚至还有一定程度的提高,厚度较大层数较多时,会降低层合梁的冲击性能。通过本文的研究,拓展了桥联模型的应用范围,为研究复合材料层合板极限承载能力提供了一种简便有效的计算方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的主要目的和内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 实验研究
• 2.1 纳米纤维无纺布薄膜的制备与性能试验
• 2.1.1 静电纺丝原理
• 2.1.2 静电纺丝设备
• 2.1.3 纳米纤维无纺布薄膜的制备
• 2.1.4 纳米纤维无纺布薄膜拉伸性能测试
• 2.2 层合板的制备及性能测试
• 2.2.1 不同铺层方式层合板的制备
• 2.2.2 不同铺层方式层合板的拉伸性能测试
• 2.2.3 不同铺层方式层合板的弯曲性能测试
• 2.3 夹纳米纤维膜层合板的制备与性能测试
• 2.3.1 不同铺层方式的夹纳米纤维膜层合板的制备
• 2.3.2 不同铺层方式的夹纳米纤维膜层合板的弯曲性能测试
• 2.3.3 夹不同层数纳米纤维膜层合板的制备
• 2.3.4 夹不同层数纳米纤维膜层合板的弯曲性能测试
• 2.3.5 夹不同层数纳米纤维膜层合板的冲击性能测试
• 2.4 本章小结
• 第3章 层合板弯曲强度理论研究
• 3.1 细观力学桥联模型理论概述
• 3.2 层合板的强度理论介绍
• 3.3 不同铺层方式层合板的强度计算
• 3.4 夹纳米纤维膜层合板的强度计算
• 3.4.1 不同铺层方式的夹纳米纤维膜层合板的弯曲强度计算
• 3.4.2 夹不同层数纳米纤维膜的单向层合板的弯曲强度计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 层合梁低速冲击响应理论研究
• 4.1 低速冲击作用下层合梁控制方程的导出
• 4.2 控制方程的求解
• 4.3 求解思路与算例验证
• 4.3.1 整体求解思路与计算步骤
• 4.3.2 算例验证
• 4.4 不同层合梁冲击性能计算与分析
• 4.4.1 未夹入纳米纤维膜层合梁冲击性能
• 4.4.2 夹入纳米纤维膜层合梁的冲击性能
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 夹膜层合板弯曲强度计算部分程序与输入文件
• 附录B 层合梁冲击性能计算部分程序与输入文件
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果