仿生結(jié)構(gòu)復合材料的設(shè)計及其性能研究.pdf

1、自然界中的一些天然生物材料經(jīng)過億萬年進化的結(jié)果使得它們具有性能和結(jié)構(gòu)的良好適應(yīng)性。本文將甲蟲前翅作為研究模仿的對象，通過比較不同種類間甲蟲前翅的結(jié)構(gòu)異同，抽象出仿生結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計了柱狀夾芯結(jié)構(gòu)復合材料；并從甲蟲前翅的微觀結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)同一鋪層以及不同鋪層中的幾丁質(zhì)纖維的尺寸和各層的厚度不一樣，在可能出現(xiàn)較大外力的部位往往具有較粗大的纖維和較多的疊層及厚度(如蟬的頭部背殼)，而人工合成復合材料中的纖維粗細和疊層數(shù)往往是不變的，受此啟發(fā)設(shè)計了粗

2、細交織的網(wǎng)絡(luò)筋增強結(jié)構(gòu)復合材料。 選用環(huán)氧樹脂和玻璃纖維作為樹脂基體和增強纖維，采用手糊工藝制備出小柱夾層復合材料和網(wǎng)絡(luò)筋增強結(jié)構(gòu)復合材料。并通過改變纖維的鋪層方式、小柱與上下面板的連接方式等制備不同結(jié)構(gòu)的小柱夾層復合材料試樣，對它們進行力學性能的測試與比較，從而獲得優(yōu)化合理結(jié)構(gòu)。小柱與面板的纖維相連的試樣，能夠極大的提高夾層結(jié)構(gòu)的剪切強度；在小柱與面板結(jié)構(gòu)連接方式一樣的情況下，面板纖維呈0°鋪層的試樣其剪切性能要高于面板纖維呈

3、0°/90°交替鋪層的試樣。通過纖維粗細排列變化制備不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)筋增強結(jié)構(gòu)復合材料試樣，對它們進行力學分析，試樣中粗纖維的含量直接決定了試樣的最大拉伸載荷，粗細交織為1∶3的試樣彈性模量較小，但拉伸強度較高，表現(xiàn)出較好的柔性。試樣的彎曲性能從高到低依次是粗交織、粗細交織(1∶3)、粗細交織(1∶5)、細交織，且樣品均未發(fā)生斷裂和脫層破壞，這表面試樣具有很好的變形能力。粗細交織的試樣與細交織的試樣相比，其彎曲強度有大幅度的提高，且粗細交