聚氨酯夾芯板的制備和力學(xué)性能研究.pdf

1、聚氨酯夾芯板結(jié)構(gòu)是近年來發(fā)展很快的一種夾芯板結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于船舶工業(yè)、航空航天、建筑等行業(yè)中。聚氨酯夾芯板結(jié)構(gòu)是由兩層金屬或者復(fù)合纖維面板與聚氨酯基聚合物芯子組成。聚氨酯夾芯板結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的是聚氨酯彈性體夾芯板和聚氨酯泡沫夾芯板。聚氨酯夾芯板結(jié)構(gòu)不僅具有強(qiáng)度高、制造加工方便、工業(yè)化程度高等特點(diǎn)，同時由于芯子的存在，使得結(jié)構(gòu)還具有優(yōu)異的抵抗沖擊、振動和疲勞的性能、隔聲、隔熱等等好的優(yōu)點(diǎn)。但是從實(shí)際工程來看，對聚氨酯夾芯板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)仍然

2、存在許多困難，例如考慮膠層效應(yīng)對結(jié)構(gòu)性能的影響、膠層缺陷的損傷擴(kuò)展、內(nèi)部各部分損傷演化過程等，而國內(nèi)對此研究還處于初始階段，相應(yīng)的研究文獻(xiàn)也較少，因此對其深入研究具有重要的應(yīng)用價值。
　　本文從理論、實(shí)驗(yàn)、數(shù)值方面研究了這兩種類型的聚氨酯夾芯板，包括考慮膠層效應(yīng)的復(fù)合夾芯板的彎曲等效理論、含有初始膠層圓形缺陷的聚氨酯夾芯板屈曲性能，聚氨酯夾芯板預(yù)埋螺栓拉脫性能等等，具體研究內(nèi)容如下:
　　1、研究了聚氨酯彈性體和纖維增強(qiáng)復(fù)合

3、面板的制備方法，開展了聚氨酯彈性體夾芯板和聚氨酯泡沫夾芯板兩種聚氨酯夾芯板的制備實(shí)驗(yàn)，并對關(guān)鍵技術(shù)給出說明。同時開展了聚氨酯彈性體的基本力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)以及纖維增強(qiáng)復(fù)合面板的拉伸實(shí)驗(yàn)，得到一些材料參數(shù)，為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)。
　　2、基于夾芯板理論提出了一種考慮膠層效應(yīng)的夾芯板彎曲等效方法，為實(shí)際工程中復(fù)合夾芯板的彎曲設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。在Reissner理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合層合板理論，提出了一種考慮膠層效應(yīng)的夾芯板的彎曲等效方法，此方法避

4、免了復(fù)雜的參數(shù)推導(dǎo)，便于廣大工程技術(shù)人員理解和應(yīng)用。在此等效方法的基礎(chǔ)上，對聚氨酯彈性體夾芯板結(jié)構(gòu)在簡支條件下的彎曲撓度響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算和分析。
　　3、針對實(shí)際工程中，膠層可能存在缺陷的問題，建立了帶膠層圓形缺陷的聚氨酯彈性體夾芯板的屈曲有限元模型，研究了圓形缺陷在屈曲過程中的損傷演化過程。
　　(1)開展了無膠層缺陷的聚氨酯彈性體夾芯板的屈曲實(shí)驗(yàn)，得到了聚氨酯彈性體夾芯板結(jié)構(gòu)的破壞形式和臨界屈曲荷載，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立了無膠

5、層缺陷的聚氨酯彈性體夾芯板的數(shù)值模型，并驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性。
　　(2)開展了聚氨酯彈性體夾芯板的DCB實(shí)驗(yàn)和SLB實(shí)驗(yàn)，結(jié)合斷裂力學(xué)理論和虛擬裂紋閉合技術(shù)，得到了聚氨酯彈性體夾芯板面芯界面的應(yīng)變能釋放率。
　　(3)在此基礎(chǔ)上，建立了帶圓形膠層缺陷的聚氨酯彈性體夾芯板結(jié)構(gòu)的屈曲數(shù)值模型，分析了膠層圓形缺陷對聚氨酯彈性體夾芯板結(jié)構(gòu)屈曲性能的影響以及膠層的損傷演化過程。
　　4、針對實(shí)際工程中，夾芯板結(jié)構(gòu)內(nèi)部破壞和損傷演化過

6、程極其復(fù)雜的問題，開展了聚氨酯泡沫夾芯板預(yù)埋螺栓的拉脫實(shí)驗(yàn)，并建立了數(shù)值模型，研究了聚氨酯泡沫夾芯板結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分的損傷演化過程。
　　(1)開展了聚氨酯泡沫夾芯板預(yù)埋螺栓的拉脫實(shí)驗(yàn)，得到了其在拉伸載荷下的宏觀破壞模式和失效載荷。
　　(2)基于纖維增強(qiáng)復(fù)合面板的拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立了有限元模型，并編寫了其損傷UMAT子程序，分析了纖維增強(qiáng)復(fù)合面板的損傷演化過程。
　　(3)基于聚氨酯泡沫夾芯板預(yù)埋螺栓的拉脫試驗(yàn)結(jié)果，編寫