三种复合材料夹芯结构在弯曲载荷下破坏行为研究

制备了帽型、泡型、工字型三种夹芯结构复合材料,研究三种夹芯结构在弯曲载荷下的响应行为,并利用有限元的方法研究夹芯结构在弯曲载荷下Von-Mises应力分布,利用Tsai-Hill屈服准则判定有限元模型的屈服情况,观察发生屈服的区域。结果表明,帽型夹芯结构具有最大的弯曲刚度与抗弯强度。三种夹芯结构发生破坏的区域不同,帽型夹芯结构破坏主要出现在压头区域、上面板的压头边缘区域、芯子压头正下方的拐角处;泡型夹芯结构破坏出现在芯子支撑区域;工字型夹芯结构破坏出现在下面板支撑区域。     

纤维-金属混合夹层梁弯曲性能试验研究

对纤维-金属混合夹层梁(FMS)进行试验,该结构自上而下主要由无碱玻璃纤维、带齿钉金属板、泡桐木、带齿钉金属板、无碱玻璃纤维组成,其中金属板与泡桐木之间采用齿钉相连,金属板与无碱玻璃纤维之间采用不饱和聚酯树脂粘结。通过四点弯曲试验,得到了纤维-金属混合夹层梁(FMS)在不同跨高比下的弯曲性能和破坏模式,并与纤维增强夹层梁(FSS)进行对比,同时根据不同的破坏模式采用不同的理论公式对FMS试件承载力进行验证,结果表明,在跨高比为10、12、16、20、24时,FMS的极限承载力及抗弯刚度均得到了提高,理论求得的承载力值与试验值吻合较好。     

碳纤维蜂窝夹层结构二次曲面产品定位加工技术

Ka频段通信卫星天线反射器产品通常是由内面板、蜂窝芯子和外面板胶粘剂固化成型的碳纤维蜂窝夹层结构,内面板形成的反射面为满足一定精度要求的二次曲面。由于反射器本身特征无法作为准确基准进行找正,且在工装上的安装位姿不确定性,因此反射器在固化成型后的数控加工过程中无法直接获取定位基准。针对反射面的三坐标测量机检测数据,采用基于曲面最佳拟合数据调整理论模型位姿的方法,解决了碳纤维蜂窝夹层结构二次曲面产品加工基准的精确获取难题,并在数控程序编制中提出"虚拟理论曲面位姿"方法,对已有的数控程序操作进行重用,大幅提高了反射器产品批量研制的数控编程效率。     

清洗工艺对GH4099蜂窝夹层结构钎焊性能的影响

目的 研究激光清洗和离子轰击对GH4099蜂窝夹层结构钎焊性能的影响,优化GH4099蜂窝夹层结构焊前清洗工艺。方法 分别用400#砂纸、不同激光功率(60~200 W)、不同离子轰击时间(1~2 h)对GH4099带材表面进行了砂纸打磨、激光清洗和离子轰击试验,分析了激光清洗和离子轰击对GH4099表面形貌、O元素含量、BNi2钎料润湿性的影响,测试了不同清洗工艺下蜂窝夹层结构钎焊接头的拉伸性能。结果 随激光功率从60 W增加到100 W,GH4099表面O含量逐渐降低,表面粗糙度逐渐增大,钎料润湿面积百分比增加到83.5%,润湿性增加。当激光功率大于100 W时,表面残留网状分布的氧化物,导致钎料润湿性降低。当激光功率进一步增加到200 W时,氧化物网状分布现象减轻,润湿性随之增加,粗糙度也有所降低;随离子轰击时间从1 h增加到2 h时,带材表面氧化皮逐渐去除干净,钎料润湿性随之增加,钎料对离子轰击2 h的表面的润湿面积百分比达到91.2%,与400#砂纸打磨的相当。经离子轰击2 h、1 020 ℃-15 min钎焊获得的夹层结构等效抗拉强度为11.9 MPa。结论 与激光清洗相比,离子轰击可以同时去除蜂窝型面及附近侧壁部分的氧化皮,能更有效地改善钎料对蜂窝基体的润湿性。     

含渣土的EPS轻质混凝土用于复合夹芯墙板芯材的研究

为提高地铁渣土资源化利用率,将其掺入膨胀聚苯乙烯(EPS)轻质混凝土中,并用此混凝土为芯材制备复合夹芯墙板,研究了浆体的流变性,并探讨了硬化EPS混凝土的抗压强度、导热系数及EPS颗粒在浆体中的面分布。结果表明:随着渣土掺量增加,浆体屈服应力增加,流动度降低;浆体塑性黏度随渣土掺量增加大幅度增加,使得EPS颗粒分布更加均匀;EPS混凝土的干密度、抗压强度与导热系数随渣土掺量增加而逐渐降低。当干渣土与水泥质量比为0.8时,EPS混凝土的干密度为857 kg/m³,抗压强度为4.16 MPa,导热系数为0.231 W·m^-1·K^-1;采用干渣土与水泥质量比为0.8的EPS混凝土制备复合夹芯墙板(硅钙板作面板),墙板粘结性能良好,面密度为81 kg/m²,抗压强度为3.75 MPa,软化系数为0.83,耐火极限大于1 h,其性能满足轻质隔墙条板国家标准要求。     

激光干涉在蜂窝夹心层板振动模态测量中的应用

采用激光电子散斑干涉测量技术(electronic speckle pattern interferometry,简称ESPI)对悬臂矩形损伤蜂窝夹心复合板稳态振动下的振型进行了实验研究。通过完整试样的振型测量结果与有限元模拟均匀悬臂金属板结构振型的类比,验证了有关蜂窝夹心复合材料具有横观各向同性假设的观点,获得了悬臂矩形蜂窝夹心复合层板前14阶离面振动模态的振型图。实验结果表明,结构的损伤导致其局部刚度改变,使得共振频率减少,损伤对其高阶振型的形状改变较为明显,有时甚至是模态跃迁。     

新型FRP拉挤夹芯型材及其结构应用初探

FRP拉挤夹芯型材是指采用拉挤成型工艺制作的复合材料夹芯构件,其外侧为FRP面层,内部为泡沫、轻木等轻质芯材,具有轻质高强、局部承压能力强、FRP面板不易屈曲、生产效率高、质量稳定等优点。以泡桐木和杨木等轻木、无碱玻璃纤维以及不饱和聚酯树脂为原材料,对FRP夹芯型材的拉挤成型工艺进行了研究,成功制造了不同截面形式的FRP拉挤夹芯型材,并对其界面性能、弯曲性能、轴心受压性能进行了试验研究。对FRP拉挤夹芯型材的工程应用进行了探讨,并对实际工程——玉竹楼项目进行了介绍。     

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。     

Experimental characterization of interlaminar shear failure in sandwich structures under three-point bending

We applied an improved six-step phase-shifting method in digital photoelasticity to an adhesively bonded aluminum/epoxy/aluminum sandwich structure in order to study interlaminar shear failure behavior. Before and after three-point bending, a self-balanced thermal residual shear stress appeared on the interface because of the difference in thermal expansion coefficients between aluminum faces and epoxy core interlayer. At the beginning of loading, the shear stress in the core layer distributes continuously and forms shear bands tilting at a 45° direction. It then joins with the upper and bottom aluminum faces in order to realize the shear load transfer. As the bending load increases, the maximum interface shear stress occurs near the supports and a partially debonded region appears at the interface. The interfacial shear stress in the partially debonded region decreases rapidly until a shear failure occurs. A load–flexibility curve of the vibration-damping–type sandwich structure agrees well with the theoretical prediction of a laminated beam.     

On the free vibration of sandwich panels with a transversely flexible and temperature-dependent core material – Part I: Mathematical formulation

The free vibration analysis of sandwich panels with a core that is flexible and compliant in the vertical direction and with temperature-dependent mechanical properties is presented in two parts. The first part presents the mathematical formulation while the second deals numerically with the effects of the degrading properties of the core on the free vibration response. The analysis is based on the high-order sandwich panel theory approach (HSAPT), and the equations of motions along with the appropriate boundary conditions are derived using the Hamilton’s principle. The study investigates the role of increasing temperature, through the degradation of the mechanical properties of the core, on the free vibration response of structural sandwich panels. The mathematical formulation uses two types of computational models. At first, following the HSAPT approach, the unknowns include the displacements of the face sheets as well as the shear stress in the core. Secondly, it is assumed that the through-thickness distributions of the vertical and horizontal core displacements can be represented as polynomials, following the results of the HSAPT static case, and the effect of the variable mechanical properties are implemented directly.