点阵复合材料结构设计与力学性能分析

论文摘要

点阵复合材料是一种新型轻质高强材料,同时具备形状控制、制动、能量吸收和传热等多种功能。它是为了满足航空、航天飞行器机体构件在最轻的重量下承受规定载荷的需求而产生的,同时它还能够满足多功能化的要求。目前,点阵复合材料已出现多种构型,本文提出四棱锥构型点阵复合材料的构型设计方法,并对其力学性能进行了分析。本文研究的点阵材料是由碳纤维和环氧树脂复合而成的,点阵夹芯结构为四棱锥构型。采用三维穿插编织工艺方法,整体成型制备点阵复合材料,分别制备了不同细观构型的单层和双层点阵复合材料。本文采用有限元分析方法,分别对四棱锥构型的单层和双层点阵复合材料在平压载荷、侧压载荷和剪切载荷下的力学性能进行了研究。在平压载荷下,改变点阵材料夹芯梁倾斜角度和胞元高度,研究其弹性模量的变化规律;在侧压载荷下,改变点阵材料夹芯梁倾斜角度和胞元高度,研究其弹性模量和屈曲载荷随角度和高度的变化规律;在剪切载荷下,改变点阵材料夹芯梁倾斜角度和胞元高度,研究其弹性模量的变化规律。数值计算结果表明,四棱锥构型单层和双层点阵复合材料的力学性能主要受夹芯梁倾斜角度和胞元高度的影响。在平压载荷和剪切载荷下,点阵材料的弹性模量都随夹芯梁倾斜角度的增大而增大,随胞元高度的增大而减小;而在侧压载荷下,点阵材料的弹性模量受夹芯梁倾斜角度和胞元高度的变化影响不大,但屈曲载荷随夹芯梁倾斜角度的增大而增大,随胞元高度的增大而减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 点阵复合材料的研究现状及分析
• 1.3.1 点阵材料的制备技术研究
• 1.3.2 点阵材料的力学性能研究
• 1.4 课题研究的主要内容及方法
• 第2章 点阵复合材料的设计与制备
• 2.1 点阵复合材料的构型设计
• 2.1.1 夹芯构型设计
• 2.1.2 材料体系选择
• 2.2 点阵复合材料平板试件的制备工艺流程
• 2.3 四棱锥构型点阵复合材料样件
• 2.4 本章小结
• 第3章 单层点阵复合材料力学性能数值分析
• 3.1 点阵复合材料单层结构平压力学性能分析
• 3.1.1 点阵材料单层结构有限元模型的建立
• 3.1.2 平压结构几何模型
• 3.1.3 单层点阵材料平压性能的数值分析
• 3.2 单层点阵材料侧压性能的数值分析
• 3.2.1 单层点阵材料侧压结构有限元模型
• 3.2.2 单层点阵材料面内弹性模量
• 3.2.3 单层点阵材料屈曲载荷
• 3.3 单层点阵复合材料剪切力学性能数值分析
• 3.3.1 剪切载荷下单层点阵材料结构有限元模型的建立
• 3.3.2 单层点阵材料剪切弹性模量的计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 双层点阵复合材料力学性能数值分析
• 4.1 平压载荷作用下双层点阵复合材料结构力学性能数值分析
• 4.1.1 平压载荷下双层点阵材料结构有限元模型的建立
• 4.1.2 双层点阵材料平压载荷下的弹性模量计算
• 4.2 双层点阵复合材料侧压力学性能的数值分析
• 4.2.1 侧压载荷下双层点阵材料有限元模型的建立
• 4.2.2 双层点阵材料面内弹性模量
• 4.2.3 双层点阵材料的屈曲载荷
• 4.3 双层点阵复合材料剪切力学性能的数值分析
• 4.3.1 剪切载荷下双层点阵材料有限元模型的建立
• 4.3.2 双层点阵材料剪切弹性模量
• 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