X-cor夾層復(fù)合材料力學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，先進(jìn)復(fù)合材料越來越廣泛地應(yīng)用于航空航天、船舶和公共交通等領(lǐng)域，作為結(jié)構(gòu)材料和功能材料，極大地促進(jìn)了這些領(lǐng)域的發(fā)展。夾層結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)更大程度地適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)尤其是航空和高速列車等領(lǐng)域中對(duì)于高強(qiáng)度、高剛度和超輕材料的需求。為改善蜂窩夾層復(fù)合材料本身的缺陷，Carstensen等提出了一種新型的Z-pin增強(qiáng)泡沫夾層復(fù)合材料---X-cor。 x-cor作為一種新興的夾層結(jié)構(gòu)形式剛剛起步，包括基本力學(xué)性能等都還有待進(jìn)一步地研究。

2、本文在考察文獻(xiàn)資料和國內(nèi)工藝設(shè)備條件的基礎(chǔ)上，自行制備了X-cor夾層結(jié)構(gòu)，包括Z-pin角度為15°、夾芯厚度為12.7mm和Z-pin角度為25°、夾芯厚度為8mm兩種結(jié)構(gòu)，同時(shí)，每組皆有相同批次和尺寸的未增強(qiáng)試件作為對(duì)比。 通過試驗(yàn)研究了X-cor，增強(qiáng)泡沫夾層復(fù)合材料的基本力學(xué)性能，包括面內(nèi)剪切、平面壓縮和三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。通過與相同批次和尺寸的未增強(qiáng)件進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)X-cor增強(qiáng)能夠大幅度地提高泡沫夾層結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)性能，

3、尤其是能夠彌補(bǔ)由于泡沫強(qiáng)度和剛度較低而帶來的泡沫夾層結(jié)構(gòu)剪切和壓縮性能較差的缺陷，從而使得該種材料能夠用于飛機(jī)、潛艇和列車機(jī)車等的主承力結(jié)構(gòu)，具有良好的應(yīng)用前景。 通過試驗(yàn)觀察和對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并與相同條件的未增強(qiáng)件進(jìn)行對(duì)比，本文研究了X-cor增強(qiáng)泡沫夾層結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)響應(yīng)和破壞機(jī)理?？梢园l(fā)現(xiàn)，Z-pin的存在優(yōu)化了材料的力學(xué)性能，改變了材料的破壞模式，使得該種材料從初始裂紋的產(chǎn)生到結(jié)構(gòu)的徹底破壞都有著與未增強(qiáng)件不同的變形

4、過程。 提出了X-cor增強(qiáng)泡沫夾層結(jié)構(gòu)的剪切模量預(yù)測單胞模型，理論值與試驗(yàn)值符合良好。在模型的基礎(chǔ)上考察了該種材料結(jié)構(gòu)中各參數(shù)對(duì)X-cor剪切模量的影響，X-cor 的剪切模量隨著Z-pin體積分?jǐn)?shù)、模量和直徑而增大，在體積分?jǐn)?shù)一定的情況下，Z-pin角度為45°時(shí)材料的剪切模量達(dá)到最大值?？梢钥闯?，X-cor 增強(qiáng)泡沫夾層結(jié)構(gòu)具有良好的可設(shè)計(jì)性，可以通過改變材料各參數(shù)來達(dá)到優(yōu)化其力學(xué)性能的目的。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合文