双向格构腹板增强泡沫夹层复合材料梁弯曲性能试验

复合材料夹层结构具有比强度高、比刚度高、可设计性强、耐腐蚀等特点,以聚氨酯泡沫为芯材,以玻璃纤维增强复合材料为面板和格构腹板,采用真空导入成型工艺,制备双向格构腹板增强泡沫夹层复合材料梁。对无格构泡沫夹芯复合材料梁,不同腹板高度、腹板间距双向格构增强泡沫夹层复合材料梁进行三点弯曲试验,研究其破坏模式和机理。基于泡沫填充矩形蜂窝芯材的等效十字模型,预估试件的抗弯刚度和挠度,计算值与试验值吻合较好。     

格构腹板增强泡沫夹芯复合材料准静态压缩吸能试验

复合材料夹层结构具有轻质高强、弯曲刚度大、耐腐蚀、可设计性强、抗冲击、吸能效果好等特点,用玻璃纤维增强复合材料制作面板和格构腹板,以聚氨酯泡沫作为芯材,采用真空导入成型工艺,制备格构腹板增强泡沫夹芯复合材料试件。保持试件的平面尺寸不变,改变腹板间距、腹板高度、腹板铺层数和泡沫密度等参数,对试件进行准静态轴向压缩试验,对比研究其吸能性能。得到以下结论:格构腹板间距和厚度对抗压承载力和吸能性能影响较大,而泡沫芯材的密度影响较小;该新型复合材料的抗压承载力以及吸能性能随着腹板所占的体积比增大而增大,格构腹板对芯材的承载及吸能增强效果显著。     

格构腹板式界面增强泡桐木夹芯复合材料梁的弯曲性能试验

复合材料及其夹层结构具有轻质高强、耐腐蚀、节能保温等特点,以玻璃纤维增强复合材料作为面层和格构腹板,以泡桐木为芯材,采用真空导入成型工艺,制备出格构腹板式界面增加泡桐木夹芯复合材料梁。在保持试件总尺寸不变条件下,对木梁、无格构木芯梁、格构木芯梁进行了平面、侧面四点受弯性能试验研究对比。得出如下结论:同一种构造试件平面受压时所受的极限承载力和刚度比侧面受压时所受的极限承载力和刚度高;无格构木芯梁、格构木芯梁试件所受的极限承载力和刚度比木梁试件所受的极限承载力和刚度有明显的提高;格构木芯梁试件所受的极限承载力和刚度比无格构木芯梁试件所受的极限承载力和刚度有一定的提高。     

格构腹板增强木芯复合材料短柱轴压性能试验与理论分析

格构腹板增强木芯复合材料短柱以玻璃纤维增强复合材料作为面层与格构腹板,以泡桐木作为芯材,采用真空导入工艺制作而成,具有轻质高强、耐腐蚀、延性好等显著优点。对具有不同格构腹板布置形式、纤维增强复合材料壁厚等参数的复合短柱进行轴压试验,研究了其破坏模式和机理。基于弹性分析法计算了短柱试件的极限承载力,计算值与试验值吻合较好。     

面板厚度对复合材料夹层梁整体及局部弯曲力学性能影响

考虑芯材局部压陷效应,对泡沫夹芯复合材料夹层梁整体及局部弯曲力学性能进行研究。分析了上面板厚度对夹层梁整体及局部弯曲力学性能影响规律。首先,对三种不同厚度上面板夹层梁进行三点弯曲试验,结果表明,夹层梁破坏模式为芯材压陷破坏和芯材剪切破坏;上面板厚度越大,夹层梁极限承载力越大;增大上面板厚度能有效减弱加载点位置芯材局部压陷效应。其次,基于考虑芯材竖向压缩变形的高阶剪切变形理论,对试验梁整体及局部弯曲受力机理进行分析,得到夹层梁上、下面板不同位置挠度及应变的分布规律。最后,对不同试验梁极限承载力进行理论分析,并与试验结果对比。     

FRP泡沫夹芯管轴压极限承载力试验研究

纤维增强树脂基复合材料泡沫夹芯管在较少提高承压试件重量的前提下较大地提高了承压试件的稳定性。为进一步了解设计参数对复合材料泡沫夹芯管轴压力学性能的影响,对四组复合材料泡沫夹芯管试件进行了轴压静载试验。结果表明,复合材料内外管纤维铺层组合对夹芯管轴压极限承载力及破坏模式有很大影响;不同的纤维铺层组合可使夹芯管的破坏模式由脆性破坏转为延性破坏;聚氨酯泡沫芯层密度在0.15~0.45g/cm3时对夹芯管轴压极限承载力的影响不大,通过试验得到了不同设计参数对复合材料泡沫夹芯管的轴压极限承载力的影响规律。     

横隔板增强型泡沫夹芯复合材料梁抗剪性能试验研究

复合材料泡沫夹芯结构易发生芯材剪切破坏,需对泡沫芯材进行增强。本文对比分析了不同增强泡沫夹芯结构的增强原理、芯材对界面性能和抗剪能力的贡献以及各自的局限;采用真空导入工艺制作了横隔板增强泡沫夹芯梁,并对其进行了剪跨比为3的三点弯试验,研究了横隔板及其间距对泡沫夹芯结构抗剪性能的影响。试验结果表明,横隔板的存在能有效提高构件的延性,且横隔板间距越小,延性越好,改善了泡沫夹芯结构脆性破坏的特性;但横隔板增强对夹芯梁强度和刚度的影响不大,该结果与垂直缝纫增强泡沫夹芯结构的试验结果类似。横隔板增强泡沫夹芯结构具有良好的设计性,其制作过程比较简单,可改变横隔板角度或采用双向隔板增强,从而在保持延性的优势下,提高其强度和刚度。     

格构增强型复合材料夹层结构的制备与受力性能

真空导入成型工艺是一种新型的适合大型/异型复合材料结构件成型的技术.选用H-60 PVC泡沫、四轴向玻璃纤维布以及乙烯基酯树脂,通过在泡沫芯材上、下表面开槽,同时沿芯材厚度方向剖开,采用真空导入成型工艺制备出在结构上具有创新构型的格构增强型复合材料夹层结构.研究结果表明,真空导入成型工艺充模速度快、成型效益高;格构增强型复合材料夹层结构的剪切、平压与抗弯性能均较传统夹层结构得以提高;其格构腹板可有效抑制泡沫芯材剪切裂纹的扩展,避免面板与芯材的剥离破坏;阐明了格构增强型复合材料夹层结构的受弯极限承载能力.     

格构腹板增强轻木夹芯复合材料桥面板的制备与受弯分析

提出了一种新型格构腹板增强轻木夹芯复合材料桥面板,这种面板具有轻质高强、耐腐蚀、易拼装等特点,可用于军事舟桥等组合结构桥梁领域。该新型桥面板的复合材料面层、格构腹板与芯材在模具内通过真空导入工艺整体一次成型,利用格构腹板提高面层与芯材的整体性,可更大程度地发挥新型桥面板的受力性能。基于复合材料夹层结构经典理论,对该桥面板在典型轮式车辆和履带式车辆荷载作用下的性能进行了受力分析。结果表明:该桥面板的刚度满足设计要求;纤维面层正应力和轻木芯材剪应力均满足强度要求;与原同尺寸军用桥面板相比,减重57%。     

隔板方向对泡沫芯复材夹芯梁抗剪性能影响的试验研究

采用真空导入工艺制作了3组不同方向(横向、纵向及双向)的隔板增强泡沫芯复材夹芯梁,对其进行了剪跨比为3的三点弯试验研究,获得了其失效过程及破坏模式,分析了隔板布置方向对该复材夹芯梁受剪力学行为的影响。结果表明:1隔板横向、纵向及双向布置时,夹芯梁的破坏模式分别为上面层弯曲折断、侧面层局部屈曲及上面层剪切破坏;2横向隔板可有效阻止泡沫芯材的斜裂缝扩展,从而提高构件在横向荷载作用下的延性,但不能显著提高夹芯梁的刚度和强度;3隔板纵向布置时,构件的承载力和刚度相比于未增强的普通泡沫芯复材夹芯梁分别提高了1.02倍及5.65倍,但延性仅提高了0.23倍;4双向隔板增强泡沫夹芯梁的力学性能与纵向隔板增强泡沫夹芯梁较为相似,其承载力和刚度均明显高于横向隔板。     

面芯增强泡沫夹芯结构复合材料工艺技术及力学性能

结构轻量化是航空航天、车辆、船舶等领域发展的永恒主题,复合材料泡沫夹芯板是轻量化结构中的重要组成部分,一般由强度高、模量大的复合材料作为上下面板,由轻质多孔泡沫作为中间芯材。但是泡沫夹芯结构面芯脱胶失效成为制约其工程应用的主要原因。本文将对面芯增强泡沫夹芯结构复合材料的设计、制备和力学性能表征方面的最新研究成果进行总结,重点介绍缝合、簇绒和Z-pin等泡沫夹芯结构面芯增强手段以及对应的设计和制备工艺,重点从力学性能试验表征和面芯增强前后的性能对比等角度评述了面芯增强后的性能改进效果。     

PMI泡沫夹芯复合材料湿热老化性能研究

通过对夹芯结构复合材料湿热老化性能的研究,探究环境对夹芯结构复合材料性能的影响。实验中采用了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、玻璃纤维增强环氧树脂(SW110C/608)复合材料面板制备了PMI泡沫夹芯结构复合材料,研究了PMI泡沫夹芯结构复合材料的耐湿热老化特性,并讨论了湿热对PMI泡沫夹芯结构复合材料的压缩性能以及弯曲性能的影响。结果发现,PMI泡沫夹芯结构复合材料浸泡在水中时的饱和吸湿时间为30d,饱和吸水率为4.08%,通过Fick第二扩散定律发现水分子在PMI泡沫中的扩散系数为水分子在面板扩散系数的29.29倍,由于水分子的增塑作用以及浓度梯度扩散的影响,湿热处理后的PMI泡沫夹芯复合材料的平压强度下降了32.86%,侧压强度下降了16.73%,弯曲强度下降了23.94%。     

芯材密度对复合材料夹层梁弯曲力学性能影响

研究了聚氨酯泡沫密度对复合材料夹层梁弯曲力学性能的影响。首先,对5种不同密度(48~413kg/m3)泡沫芯材复合材料夹层梁进行三点弯试验研究,结果表明,夹层梁极限承载力随芯材密度的增大而增大;当芯材密度大于等于199kg/m3时,继续增大泡沫密度,夹层梁极限承载力增加速度变慢;随着芯材密度的增加,夹层梁破坏模式由芯材压陷变为面板受压屈服破坏。其次,基于考虑芯材竖向压缩变形的高阶剪切变形理论,对不同试验梁弯曲受力机理进行弹性分析,得到夹层梁上、下面板挠度变化及应变分布规律,并与试验结果对比,验证了理论分析方法的正确性。最后,对试验过程中夹层梁典型的破坏模式进行极限承载力分析,提出其极限承载力计算公式,并与试验结果对比,结果吻合良好。     

横向腹板增强复合材料夹层梁受弯性能试验研究

通过四点弯试验研究横向腹板增强复合材料夹层梁受弯性能,得到不同腹板间距、厚度对夹层梁弯曲破坏模式、刚度、极限承载力及延性性能的影响规律。结果表明:横向腹板能改变夹层梁的破坏模式,无腹板增强夹层梁破坏模式为芯材剪切破坏,横向腹板增强夹层梁破坏模式为多区格渐进破坏模式;相对于无腹板增强夹层梁,横向腹板能显著增强复合材料夹层梁的延性特性,最高达229%,腹板间距越小,夹层梁延性性能越好。     

不同增强方式下泡沫夹芯复合材料三点弯曲性能研究

研究了缝合及加强筋增强方式下泡沫夹芯复合材料的三点弯曲性能。采用万能试验机分别进行了缝合与未缝合碳纤维、玻璃纤维、玻碳混杂纤维泡沫夹芯复合材料的三点弯曲实验,分别得出各自的载荷-挠度曲线,再引入加强筋的方式进一步研究缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料的弯曲性能。结果表明,玻碳混杂纤维泡沫夹芯复合材料较玻璃纤维泡沫夹心复合材料性能有所提升;引入加强筋会使缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料的弯曲强度从17.79 MPa增大到37.47 MPa,且随着加强筋数量增多,缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料的弯曲性能得到提升;在加强筋数量相同（2根）的情况下,加强筋平行铺放时弯曲性能最好,弯曲强度达到46.96 MPa,20 °交叉铺放时次之,十字铺放时最差。     

VARI成型不同处理方法泡沫夹芯复合材料工艺及性能研究

采取泡沫芯刻槽和泡沫芯导孔两种处理方法预制备泡沫芯材,采用VARI工艺成型泡沫夹芯复合材料,对复合材料进行无损检测,并对其成型效率、质量和力学性能进行研究。结果表明:刻槽和导孔处理可以有效地提高泡沫夹芯复合材料的成型效率,且其表面质量良好;三种泡沫夹芯复合材料泡沫与复合材料面板间均结合紧密,不存在贫胶、分层等缺陷;经刻槽处理后,泡沫夹芯复合材料的剥离强度有所下降,而弯曲强度和侧压强度略有上升;经导孔处理后,泡沫夹芯复合材料的剥离强度、弯曲强度和侧压强度均小幅下降。总的来看,不同处理工艺对VARI泡沫夹芯结构力学性能影响不大。     

缝合增强泡沫夹芯结构复合材料力学性能研究

采用机械缝合设备连续制备了"X"型构型缝合增强泡沫夹芯结构预成型体,并采用真空导入模塑工艺(VIMP)整体成型了缝合增强泡沫夹芯结构复合材料。实验研究了面板纤维布层数、面板纤维布穿透缝合层数、缝合角度、缝合针距及纱线股数对缝合增强泡沫夹芯结构复合材料弯曲性能和平压性能的影响规律。实验结果表明:与未缝合结构相比,缝合结构在质量未明显增加的情况下,弯曲性能和压缩性能得到了显著提高,其弯曲刚度最大提高了4.66倍,破坏载荷最大提高了13.8倍;压缩强度和压缩模量最大分别提高了26.2倍和15.2倍。     

CF/GF层间混杂增强缝合泡沫夹芯复合材料低速冲击性能试验研究

研究了碳纤维(CF)与玻璃纤维(GF)层间混杂增强环氧树脂缝合泡沫夹芯复合材料的冲击性能。采用落锤冲击试验机对缝合碳纤维、玻璃纤维和玻碳层间混杂纤维泡沫夹芯复合材料板进行了冲击试验,得出了锤头接触力和位移随时间变化的曲线。通过显微拍照和超声波检测技术对冲击后的复合材料板进行了损伤检测,得出夹芯复合材料板内外部损伤情况。结果表明:碳纤维泡沫夹芯复合材料板的锤头最大冲击力最大,而接触时间最短;玻璃纤维的锤头最大冲击力最小,而接触时间最长;玻碳混杂纤维最大冲击力和接触时间居中。碳纤维冲击后表现为脆性破坏,玻璃纤维的加入改善了碳纤维的韧性。     

剪跨比对腹板增强复合材料夹层梁受剪性能影响试验研究

对不同剪跨比(a/d)的纤维腹板增强复合材料夹层梁进行四点弯试验,得到其荷载-位移曲线和典型破坏模式,分析了不同剪跨比和纤维腹板厚度对其受剪机理影响规律。结果表明:剪跨比为1的试件承载力最大;随着剪跨比增加,腹板增强夹层梁极限承载力降低,延性性能降低,比强度降低;当夹层梁剪跨比小于3时,试件发生上面板压陷/芯材剪切破坏,当剪跨比大于3时,试件发生上面板受压屈服破坏;对具有相同剪跨比试件,纤维腹板能显著提高其极限承载力和延性性能,厚度越大,极限承载力提高效果越明显。     

高温对PVC60树脂增强泡沫复合材料的影响

测试了常温(23℃)和高温(50℃)下PVC60泡沫与树脂复合材料的夹芯结构关键力学性能变化。实验结果表明：高温条件下,PVC60树脂增强泡沫复合材料夹芯结构强度、模量会大幅度下降,压缩强度和剪切强度衰减也都超过了10%;3方向拉伸、3方向压缩、3方向剪切模量的高温数据衰减幅度均超过10%。PVC60树脂增强泡沫复合材料设计应考虑高温衰减幅度,夹芯结构设计值建议比测试值低20%以上。