复合材料夹芯结构的抗冲击性能研究开题报告

 2020-02-20 09:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1)目的:复合材料,特别是纤维增强复合材料,由于其优良的物理性能,以及结构的可设计性,被广泛应用于各种工程领域。以复合材料为面板的三明治夹心结构由于其具有良好的比强度、阻尼特性,以及巨大的比刚度优势,即在同等刚度和强度下,重量更低。此外,夹层结构材料还具有削弱噪音与震动、隔热、抗疲劳、阻燃、吸声、隔震等优点。夹层结构材料通过合理选择芯材和面板,可以有效降低材料的单位体积成本。复合材料夹芯结构以其诸多的优良性能,被广泛地应用于航空、航天等高科技领域。复合材料夹芯结构与传统材料相比其夹面板承受由弯矩引起的面内正应力和面内剪切应力,芯材主要承受由面板传来的横向剪切应力,与此同时还具有稳定两块面板,防止局部屈服的作用。复合材料夹芯结构抗冲击能力较差,且对于低速冲击损伤要比金属材料结构敏感得多。即使冲击能量较低,结构外表面未留下明显目视可检损伤,在结构内部也会发生芯层塌陷,对工程造成影响,如何评价其抗冲击性能一直是夹芯结构的研究重点。

2)意义:复合材料夹芯结构由于其优点得到广泛使用,但其抗冲击性能却仍然缺乏一定的研究,为了使复合材料夹芯结构更加安全的使用于合适环境,需要对其抗冲击性能进行研究。本文拟通过冲击实验,结合理论分析,对复合材料夹芯结构抗冲击性能提出评判标准。同时对其结构进行分析,提出优化方案,以便促进复合材料夹芯结构在工程中的运用。

3)国内外研究现状:对复合材料夹芯结构力学性能的研究是一个十分重要的问题,直接关系到这类结构在工程中是否安全可靠。经过国内外学者们的不懈努力,对夹芯结构力学性能的研究已取得了丰富的成果,例如对复合材料夹芯结构受温度影响的研究,粘接工艺的研究,夹芯设计,力学性能研究,泡沫夹层应用,冲击损伤累积模型,损伤扩展特性等,非力学性能研究,如热学,声学,电学性能研究。对于复合材料夹芯结构的冲击性能研究在公开文献中已经有许多记载,一些研究方法也已经逐渐成熟,目前对夹层结构复合材料的低速冲击实验大多侧重于蜂窝夹层结构的冲击响应、动态冲击分析、有限元模拟及破坏形式。常用的实验有落锤实验,摆锤实验,霍普金森压杆等实验设备。随着复合材料夹芯结构日益广泛的应用,实验也提出更高的安全精度要求。

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2. 研究的基本内容与方案

1)基本内容;通过阅读与查阅对复合材料夹芯结构冲击性能研究的文献,了解主流实验方案,如落锤冲击,摆锤冲击,霍普金森压杆,各自适用情景及优缺点,根据实际情况选定本课题所采用的实验方案;了解复合材料相关知识内容,阅读学习与课题相关知识点,为进行理论结果对比准备理论知识;根据实验要求制备试样,学习实验设备操作规范,按照进度进行实验;根据实验结果,对比理论分析,对误差及实验注意事项,可行性进行分析。

2)目标:根据实验结果与理论分析,对文献中复合材料夹芯结构冲击性能参数进行验证,或者是根据力学知识创造性提出一个新的性能参数,用于评判复合材料夹芯结构抗冲击性能,对夹芯结构提出优化,以提高其抗冲击性能,与已发表的论文进行实验对比,比较实验差距。

3)拟采用的技术方案与措施:摆锤实验适用于小型构建冲击实验,便于在实验室条件下操作,实验操作简单安全,所以选定摆锤实验作为实验措施。同时结合复合材料及力学性能相关知识进行理论分析。

3. 研究计划与安排

1)第1~3周:制备制作实验试样,从大的玻璃钢管道切割出所需样本。

2)第4~6周:进行实验,记录相关数据,进行多次重复实验。

3)第7~9周:对结果进行数据处理与分析,同时根据理论知识进行处理,对比分析。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 刘瑞堂,姜风春.用于材料动态力学性能研究的测试装置[j].哈尔滨工程大学学报,1999,20(1):13-18.

[2] 凤仪,朱震刚,潘艺,等.泡沫铝的动态力学性能研究[j].稀有金属材料与工程,2005,34(4):544-548.

[3] 郭渊,关志东,刘德博,等.复合材料静压痕与落锤冲击初始损伤对比试验[j].北京航空航天大学学报,2009,39(8):1019-1021.

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