轻质高强点阵材料及其力学性能研究进展

  目的  为了解玻璃纤维/树脂复合材料夹层板在弯曲载荷作用下的能量耗散机制,从能量耗散角度开展数值模拟分析和试验研究。  方法  基于有限元软件ABAQUS建立玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板的有限元分析模型,对三点弯曲试验中典型的破坏模式和能量耗散机制进行模拟分析,将数值模拟结果与试验结果进行对比。在数值模型有效性分析的基础上,进一步分析面板和夹芯层厚度对玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板力学承载性能和能量耗散机制的影响。  结果  结果表明,增加表层复合材料面板厚度能够更大程度地提高玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板的比吸能效率。  结论  研究成果可为玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层结构的工程防护应用设计提供参考,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

聚氨酯夹层结构板的性能与制造方法

介绍了船用新型结构材料——聚氨酯夹层结构板及其性能特点,并简述了这种夹层板的制造方法。     

复合材料桅杆抗空爆性能研究

采用等效分析方法模拟复合材料桅杆上夹层板结构在空中非接触爆炸载荷下的毁伤形式,根据模拟海战设置工况,计算得到桅杆在空爆载荷下的动态响应,并由所得数据统计出了不同爆距下的抗冲击极限.同时,改变桅杆材料构成,优化结构形式,提高桅杆抗爆性能.为复合材料桅杆抗空爆性能的研究提供了参考,并为桅杆结构的设计提供了理论依据.     

复合材料波纹夹层结构的弯曲性能研究

采用单向碳纤维预浸料制备复合材料波纹夹层结构,对其开展三点弯曲试验与有限元仿真计算。试验结果表明,复合材料波纹夹层结构在三点弯曲载荷作用下依次出现了局部损伤、分层失效和纤维断裂3种失效模式。复合材料波纹夹层结构层数越多,相对密度越大,其失效载荷就越大,抗弯曲性能越好。当相对密度从9.55%增加至15.34%时,极限载荷增加了1035.7 N;当相对密度从15.34%增加至20.72%时,极限载荷增加了1070.2 N。同时借助有限元软件进行数值计算,并将数值计算结果与试验结果进行对比,二者吻合较好,引申探讨了不同芯层几何构型对弯曲性能的影响。     

轻质夹层结构复合材料的制备及性能

为减轻以往夹层结构复合材料的密度,采用高强玻璃钢材料作为表层、多种空心玻璃微珠填充聚氨酯改性环氧树脂合成的轻质吸声材料作为芯材,制备了一种新型的轻质夹层结构复合材料,对夹层复合材料的制备工艺进行设计,并研究其水声性能和力学性能。结果证明,以南京玻纤院的S2高强织物采用真空成型合成的玻璃钢作为表层材料和轻质聚氨酯改性环氧树脂材料作为芯材来制作的夹层结构复合材料具有重量轻、水声性能和力学性能优良的特点,在降低夹层结构复合材料重量的同时,具有良好的声隐身性能和承载性能,更有利于工程应用。     

船用夹层板芯材的动态力学性能实验研究

基于分离式霍普金森压杆实验装置,对船用夹层板系统(SPS)的芯材-聚氨酯弹性体的动态力学性能进行了实验分析。在实验满足一维、均匀性的前提下,计算得到了聚氨酯弹性体在不同应变率下的应力—应变关系,讨论了试样尺寸对结果的影响;考虑聚氨酯弹性体不同于金属的动态力学性能,以及准静态力学性能与动态力学性能的差异,确定运用朱—王—唐(ZWT)方程描述聚氨酯弹性体的本构关系,能够准确反应聚氨酯弹性体的非线性粘弹性特性,拟合结果与实验结果吻合较好。     

斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构声学设计

  目的  结合导流罩结构性能与声学性能设计矛盾的工程背景,  方法  对复合材料夹层板水下透声性能研究进行分析,并基于波传递理论推导出夹层结构透声性能计算公式。通过计算复合材料夹层平板透声性能算例,证明该方法与实验结果的一致性。  结果  结果显示：透声系数随频率的变化整体呈周期性,厚度会改变整体透声性能的周期变化规律;在夹层结构总厚度不变的情况下,改变夹层结构各层的比例对透声系数影响较小;在中间层不变的情况下,上、下表层的材料铺层顺序并不影响透声性能。  结论  所做工作对夹层结构设计具有一定的工程意义。     

金字塔点阵夹芯板单元结构准静态压缩性能研究

点阵夹芯板结构是一种新型的轻质、高强度多功能材料,在船舶领域有着广泛的应用前景。而传统金属材料的夹芯结构面板与芯子之间是通过粘结或焊接连接,易造成弱界面缺陷。基于此,提出一种增强金属材料桁架类夹芯复合壳板结构节点强度的新型加工工艺方法。首先,对点阵夹芯结构在准静态压缩载荷作用下的弹性本构关系进行理论分析;然后,对用该方法制备的节点增强金字塔点阵夹芯复合壳板单元结构进行准静态压缩试验研究。结果发现,随着载荷的增加,金属杆发生塑性屈服并在中间部位出现了断裂。最后,将试验结果与理论预测值进行比较,发现二者吻合较好,证明了理论分析的正确性。     

夹芯复合材料T型接头制备工艺及力学性能试验研究

针对复合材料夹芯板结构非平面内连接要求,提出一种夹芯复合材料T型接头结构形式及其真空辅助成型制备方法。针对T型接头弯曲试件和剪切试件,分别开展三点弯曲试验和剪切试验,分析该型接头制备工艺稳定性、极限承载能力和破坏模式。研究结果表明：T型接头所采用的制备工艺稳定性较好;该接头弯曲刚度为1.44 kN/mm,极限弯矩达到1.15 kN·m;剪切刚度为230 N/mm,极限抗剪弯矩高于348 N·m。结构主要破坏模式：1） 弯曲试件：梯形过渡区拐角处出现初始损伤,接头强度失效模式为梯形过渡区复合材料表层与填充芯材界面剥离;2） 剪切试件：楔形搭接区端部初始剥离,继而45°增强层与夹芯板条界面剥离,最后,梯形过渡区复合材料表层与45°增强层和填充芯材之间界面剥离,结构崩溃破坏。

     

W 含量对 ZrAlWN 复合膜微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响

采用反应磁控溅射法沉积了一系列不同 W 含量的 ZrAlWN 复合膜,利用扫描电子显微镜、X 射线衍射仪、纳米压痕仪和摩擦磨损仪研究了复合膜的微结构、力学性能和摩擦磨损性能。研究表明,当 W 的原子百分含量小于30.19%时, ZrAlWN 薄膜与 ZrAlN 薄膜微结构相似,为 fcc - ZrAlWN ＋ hcp - AlN 两相共存;当 W 的原子百分含量在30.19%~36.05%时,AlN（110）衍射峰消失,薄膜中出现了 fcc - W2 N（111）和（200）衍射峰,此时薄膜为 fcc - ZrAlWN ＋ fcc - W2 N 结构;随着W 的含量进一步升高,薄膜出现 fcc - W（200）衍射峰,此时薄膜为 fcc - ZrAlWN ＋ fcc - W2 N ＋ fcc - W 三相共存。随着 W含量的增加,复合膜的硬度先增大后减小,当 W 的原子百分含量为30.19%时,硬度高达26.70 GPa.常温下,随 W 含量的增加,复合膜的摩擦系数先升高后降低,但磨损率逐渐减小;高温下,复合膜的摩擦系数随着温度的升高先增大后减小,当温度为700℃时,摩擦系数为0.51.文中还讨论了不同温度下 ZrAlWN 薄膜的摩擦机理.     

复合材料加筋夹层板动力学固有特性影响因素分析

以复合材料加筋夹层板为研究对象,基于有限元分析,对不同加筋结构方案、加强筋不同宽高比以及不同加强筋芯材对其固有振动特性的影响规律进行了研究。在总重量相当条件下,对比分析了一字型、十字型、卄字型及井字形等四种不同加筋结构方案夹层板的静刚度特性及固有振动特性;以一字型加筋板为研究对象,以加强筋横截面面积为优化约束条件,研究了不同宽高比加强筋对加筋板固有振动频率的影响;对比探讨了一字型加筋板中加强筋芯材弹性模量的变化对结构固有振动特性的影响规律。结果表明：适当选择加筋形式、加强筋宽高比以及加强筋芯材能够有效提高复合材料加筋夹层板的静刚度特性及固有振动特性,为复合材料夹层板的工程应用与改进提供了参考。     

深水静压下混杂夹芯复合结构形变及强度特性

针对混杂夹芯复合结构的典型结构和承载受力特征,以某水下平台附体结构为背景展开研究.首先,设计试验模型并进行耐压承载特性试验.然后,用Abaqus建立有限元分析模型,将仿真计算与试验结果进行对比,验证仿真分析的有效性,并在此基础上进一步探讨深水静压载荷作用下该结构各主要组成构件的变形及应力分布特征规律.最后,以钢质框架与表层蒙皮相交应力集中区域的细节设计问题为对象,综合评价了2种T型连接设计方案的合理性与可行性.结果显示,芯材弹性模量在4~8 GPa时可以避免蒙皮和芯材出现严重的应力集中,可为该类结构的后续工程设计提供参考.     

连续玄武岩纤维增强复合材料船体水下爆炸响应的数值仿真

运用有限元程序MSC.Dytran数值计算水下爆炸载荷作用下连续玄武岩纤维复合材料船体舱段结构的响应,采用层合板模型模拟纤维复合材料,选取一般耦合算法计算流体与结构的耦合效应,并将计算结果与E玻璃纤维复合材料船体仿真结果进行比较,分析2种材料船体结构压力时历曲线、破坏起始位置及破坏形式,得出结论:玄武岩纤维复合材料和E玻璃纤维复合材料船体底板在爆炸载荷的作用下起始破坏形式不同,玄武岩纤维的压缩强度和拉伸强度之比较高,在实际设计制造中更有优势。在船舶建造中可以使用连续玄武岩纤维复合材料替代玻璃纤维复合材料。