复合材料吸能圆管轴向准静态压缩失效机理研究

提出了一种复合材料吸能圆管轴向准静态压缩的仿真方法,用于分析该吸能圆管在准静态压缩过程中的失效机理。同时采用壳单元在ABAQUS中建立了一个复合材料吸能圆管准静态压缩仿真模型,该模型采用Hashin准则来判断材料是否达到失效状态,当达到失效极限时,对网格进行删除以模拟管壁的断裂过程,并根据对应实验建立了压头模型和底座模型以确定仿真的加载和边界条件。最后利用ABAQUS/explicit求解器计算得到该模型的最终仿真结果。结果表明,最大载荷与平均载荷的仿真结果相对于实验结果均具有较小的误差。     

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%。     

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。     

蒙皮铺层形式对泡沫夹芯结构准静态压痕试验的影响

研究了准各向同性铺层泡沫夹芯结构蒙皮铺层形式对结构准静态压痕(QSI)试验的影响。通过对比结构吸能效率、失效机理以及底部面板失效挠度,发现方格布蒙皮试样失效主要以纤维断裂为主,含有单向布的试样失效主要以分层破坏为主,方格布与单向布混合铺层试样失效包含分层以及纤维断裂,具有较大的吸能效率。此外,底部蒙皮失效挠度与结构蒙皮以及夹芯结构性能相关,与吸能效率没有直接关系。     

格构腹板增强泡沫夹芯复合材料梁准静态压陷试验

采用真空导入成型工艺,制备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的双向格构腹板增强泡沫夹芯复合材料梁。对普通泡沫夹芯梁和格构腹板增强泡沫夹芯梁进行准静态压陷性能测试并进行对比分析。结果表明:格构腹板增强泡沫夹芯梁相对于普通泡沫夹芯梁,其抗压陷能力得到了显著提升,通过理论推导得出格构腹板增强泡沫夹芯复合材料梁准静态压陷表达式,并且与试验进行对比,结果较吻合。     

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。     

泡沫填充GFRP复合材料圆筒的轴向压缩吸能特性

泡沫填充圆筒是一种新型碰撞吸能结构,具有较好的吸能特性,现已广泛应用于汽车安全设计、航天器回收等领域。本文提出了一种以聚氨酯泡沫(PU)作为芯材,外侧缠绕玻璃纤维布并通过树脂室温固化形成的新型玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筒体结构。通过这种泡沫填充GFRP圆筒的轴心受压试验,研究了泡沫密度、外壁厚度以及筒体高度对泡沫填充GFRP圆筒的力学性能与吸能能力的影响。     

PMMA/CNT微发泡密度梯度吸能材料的优化设计研究

基于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）/碳纳米管（CNT）微孔发泡复合吸能材料,建立了一种等密度差密度梯度泡沫模型,通过在非线性唯象本构模型拟合得到的准静态压缩下的本构方程,计算了泡沫模型在不同载荷下的吸能效率分布特性及相应优劣势。系统研究了泡沫模型层间密度差、上下限密度差、泡沫层厚度梯度规律3种因素对梯度泡沫吸能效能的影响规律。结果表明,层间密度差为25 kg/m³与50 kg/m³的泡沫吸能效能较好;上下限密度差越小,吸能效率的峰值越高,在较低载荷的吸能效能会越差;单层密度接近于平均表观密度的泡沫层越厚,吸能效率峰值会越高。基于实验结果优化设计了一种吸能效率峰值达到0.326且吸能效能在<15 MPa载荷范围内相对于均质泡沫更有优势的梯度泡沫。这些结果对于密度梯度吸能材料的设计思路具有重要指导意义。     

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%。     

纺织复合材料在汽车吸能盒上的应用研究进展

汽车吸能盒是汽车安全防护的重要组成部分,防撞梁的吸能盒在汽车撞击中起着缓冲吸能的关键作用。由于纺织复合材料制成的吸能盒具有质轻、吸能大、缓冲性能好的诸多优点,成为现今吸能盒的发展方向。为促进纺织复合材料在汽车吸能盒中的应用,对复合材料吸能盒的材料、结构设计的研究进展进行综述,指出复合材料吸能盒的制备中所遇到的问题,并对其发展提出了建议。     

复合材料管的缓冲吸能研究

本文综述了复合材料管受轴向载荷的缓冲吸附研究进展,介绍了复合材料管的破坏机理,影响缓冲吸能特性的因素及吸能特性的分析模型,指出了这一领域的进一步研究方向。     

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。     

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。     

轴压作用下缠绕复合材料夹芯圆柱壳力学性能研究

为研究缠绕复合材料夹芯圆柱壳的力学特性,首先开展了缠绕复合材料夹芯圆柱壳模型的轴向压缩试验,得到载荷-位移曲线与应变分布规律;进而,依据复合材料经典层合板理论,将缠绕圆柱壳模型的内外蒙皮均匀化,等效为单向纤维增强复合材料,采用ABAQUS有限元软件对结构模型进行分析,得到不同载荷下的应变规律;最后,将有限元计算结果与试验结果进行对比,轴向刚度误差为10.69%,测点应变值最大误差为12.88%,表明该方法可用于缠绕复合材料夹芯圆柱壳计算,为复合材料夹芯圆柱壳的设计应用提供指导。     

准静态压痕作用下复合材料层合板损伤阻抗与损伤容限实验研究

参照标准实验方法,开展了复合材料层合板对准静态压痕力的损伤阻抗和损伤容限实验研究,获取了接触力、压痕深度、压头位移等实验数据,并对含静压痕损伤层合板进行了剩余压缩强度试验。研究了压痕深度-接触力与剩余压缩强度-压痕深度的变化关系,并讨论了准静态压痕过程中的损伤演变过程和层合板的压缩破坏模式。结果表明:当层合板表面出现目视勉强可见压痕时,初始损伤发生,压痕深度随接触力增大而明显增大,同时剩余压缩强度随压痕深度增加而明显降低;当达到最大接触力时,层合板失去承载能力,背面可看到大量纤维断裂。对于含静压痕损伤的层合板,压缩破坏模式为贯穿损伤区域的层合板断裂。     

矩形FRP-钢复合管混凝土短柱的轴压试验研究

本文通过9根矩形FRP-钢复合管混凝土短柱的轴压试验,研究截面倒圆角、FRP类型、FRP层数对其轴压性能的影响。研究结果表明,对于矩形FRP-钢复合管混凝土短柱,倒圆角可改善其截面角部的应力集中效应,改善FRP在截面角部的受力,提升FRP的增强效果;FRP约束能够延缓和抑制钢管的局部屈曲,相对于钢管混凝土对比柱,FRP-钢复合管混凝土柱的承载力和延性均有显著提高;对比不同FRP类型,CFRP对承载力及屈服后刚度的提高优于BFRP。     

PES泡沫芯材的压缩性能研究

测试了非连续法和连续法两种工艺制备的聚醚砜(PES)泡沫在三个主方向上的压缩性能.结果表明,泡沫孔穴的取向对PES泡沫芯材压缩性能的影响不容忽视.     

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。