点阵复合材料制备与力学性能实验研究

论文摘要

点阵材料是近年来随着航空、航天大型构件结构的制备和成型加工技术的不断发展而出现的一类新颖的轻质多功能材料,具有超轻、高比强、高比刚度、高孔隙率、高强韧、高能量吸收等一些优良的机械性能,以及吸声、减震、电磁屏蔽、散热等特殊的性质,它具备功能与结构双重作用,是一种性能优异的多功能性工程材料。发展具有轻质、高效、高孔隙率的三维树脂基点阵复合材料结构,是推进材料和装备的轻量化、精确化、高效化,实现节能、净化的关键措施。点阵复合材料以其优良的性能,受到了国内外学者的广泛关注。以碳纤维作为增强体的复合材料由于具有较高的强度和模量,是制作点阵夹层结构芯子很好的原料。本文采用穿插编织工艺制备了四棱锥碳纤维点阵复合材料,参照蜂窝材料进行力学性能测试的试件尺寸,将所制备的材料裁剪成相应的尺寸,并分别对其进行了平压、侧压和剪切实验,获得弹性模量和强度。基于点阵材料周期性单胞,建立四棱锥点阵复合材料压缩和剪切性能理论模型,预报压缩、剪切模量与屈曲强度,分析细观结构对材料压缩性能的影响,建立材料性能与细观结构的关系。实验结果表明,碳纤维增强点阵复合材料在压缩和剪切载荷作用下表现出较高的刚度和强度。通过实验,获得了点阵夹芯板在压缩和剪切载荷作用下的破坏模式。平压时,点阵芯子发生屈曲破坏;侧压时,点阵材料破坏模式为面板的屈曲和分层。通过对比理论数据与实验数据,分析了可能产生误差的原因。本文的实验和理论数据将为今后点阵复合材料的研究提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 点阵材料的国内外研究现状
• 1.2.1 点阵材料的实验研究
• 1.2.2 点阵材料力学性能的理论和数值研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 点阵复合材料制备与力学性能实验
• 2.1 引言
• 2.2 四棱锥碳纤维点阵复合材料的制备
• 2.2.1 实验原料及原料处理
• 2.2.2 四棱锥碳纤维点阵复合材料的制备工艺
• 2.2.3 试件尺寸
• 2.3 压缩力学性能实验研究
• 2.3.1 平压力学性能实验研究
• 2.3.2 侧压力学性能实验研究
• 2.3.3 侧压力学性能实验研究
• 2.4 剪切力学性能实验研究
• 2.5 本章小结
• 第3章 点阵复合材料压缩理论模型
• 3.1 引言
• 3.2 四棱锥芯子的压缩力学性能计算
• 3.2.1 平压载荷作用下单层四棱锥芯子的力学性能
• 3.2.2 平压载荷作用下双层四棱锥芯子的力学性能
• 3.2.3 侧压载荷作用下单层四棱锥芯子的力学性能
• 3.3 本章小结
• 第4章 点阵复合材料剪切理论模型
• 4.1 引言
• 4.2 四棱锥芯子的剪切力学性能计算
• 4.2.1 剪切载荷作用下单层四棱锥芯子的力学性能
• 4.2.2 剪切载荷作用下双层四棱锥芯子的力学性能
• 4.3 单层四棱锥芯子在剪切载荷作用下的优化设计
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢