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。     

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。     

夹层复合材料的弯曲理论分析与计算方法研究

对夹层梁弯曲理论进行了深入研究,并用解析的方法计算了夹层梁的弯曲应力和挠度。在高阶夹层梁理论假设的基础上,假设夹芯只存在剪切变形,根据经典的梁弯曲理论,通过对夹层梁微元的受力分析,确定各层、层间的内力分布和各层间的变形协调关系,从而求出夹层梁各层的正应力、层间剪应力和弯曲挠度的解析表达式。最后,用三维有限元计算结果验证了解析算法结果的准确性。研究结果表明,此方法计算公式简单且精度较高。     

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。     

外载荷作用下夹层梁的理论弯曲计算分析

利用弹性体的剪应变与位移的几何方程,推导出了夹层梁的弯曲微分方程,研究了夹层梁的弯曲挠度计算问题。采用该弯曲微分方程可以方便计算出外载荷作用下夹层梁的弯曲挠度,而弹性理论对外载荷作用下夹层梁的弯曲计算仅能给出一题一解,本文方法则克服了弹性理论的缺陷。有关试验结果验证了该方法的计算精度较高。     

泡沫塑料夹层梁弯曲试验和理论分析

本文对泡沫塑料夹层梁的试验结果进行了理论分析。挠度和剪应力的理论计算值与实测值很符合,面板应力的理论计算值比实测值大,经修正后的理论计算值与实测值吻合,可供夹层结构产品设计时使用。本文也指出泡沫塑料夹层梁弯曲的非线性特点,产品设计时应计及此特性。     

PMI泡沫夹层碳纤维复合材料的制备及力学表征

由于具有较好的力学性能和工艺稳定性,聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层结构在航空领域得到了大量的应用。目前飞机上通常采用预浸料与泡沫热压罐固化制造夹层结构,这种工艺成本较高且只能保证贴模面的表面质量。本文中采用闭模液体成型工艺制备了质量稳定的泡沫夹层结构,对比了同时注胶与交替注胶的制备方法,结果表明交替注胶可以得到更好的成型质量。并对泡沫芯材的力学性能进行了测试,在此基础上建立了泡沫材料的失效模型,并通过有限元分析了其三点弯曲、侧压屈曲等力学性能,有限元模型分析结果与实际测试结果基本一致,有限元模型可揭示在这些加载条件下夹层结构的破坏机理及渐进损伤过程,研究结果可推动高性能的航空用复合材料夹层结构的低成本化制备以及结构服役的虚拟试验。     

全高度泡沫夹芯结构胶接共固化制造工艺

采用德固赛的ROHACELL PMI结构泡沫为芯材,通过实验验证PMI泡沫的膨胀量为5%,发明了一种刚性泡沫夹层结构"软-硬模"共固化成型的工艺方法,分析了成型压力对泡沫及全高度泡沫的产品性能的影响。此工艺借助复合材料软模,可以整体制造无人机全高度泡沫夹芯舵面类结构,已经通过飞行验证。     

NACA构型泡沫夹层复合材料空气风门的结构强度分析

泡沫夹层复合材料具有比强度、比刚度大,保温隔热性能优异等优点,广泛应用于航空航天等诸多领域,在飞机上则应用于一些载荷不大而厚度较小的部件或结构。研究的NACA构型泡沫夹层复合材料空气风门以其材料的特殊性,在组合工况下受力情况复杂,目前对其在多工况下进行强度分析的相关研究较少。以NACA构型的泡沫夹层碳纤维复合材料空气风门为研究对象,建立了有限元模型。通过重点对多工况下风门壳体的等效应力分布情况进行对比和分析,并对夹层结构各层的应力危险区域进行强度校核,得到了各工况下复合材料面板层和泡沫芯材层的应力敏感区域和失效情况,以及载荷对模型应力影响的规律。     

夹层结构用硬质聚氨酯泡沫材料的研制

针对夹层结构的特点,通过对聚氨酯泡沫的各主要组分及发泡工艺的研究,研制出了一种适用于夹层结构的硬质聚氨酯泡沫。实验结果表明,该泡沫材料不仅具有良好的力学性能,而且具有普通硬质聚氨酯泡沫所没有的良好界面粘接性能。     

聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹芯复合材料的滚筒剥离性能研究

系统研究了泡沫密度、泡孔孔径、成型方式、芯材或蒙皮表面的糙化处理对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹芯复合材料剥离强度性能的影响。研究结果表明,泡沫密度、泡孔孔径、成型方式和表面糙化对PMI夹芯复合材料的剥离强度提高均有明显作用,其中以泡沫密度和泡孔孔径影响最为显著,分别提高了157%和95%。本研究内容对如何提高PMI泡沫夹芯复合材料的剥离强度具有很好的工艺指导作用。     

复合材料夹层梁树脂柱的影响分析

本文将芯层树脂柱和泡沫芯材分开,应用有限元商业软件ANSYS对舍有树脂柱的点阵增强型复合材料夹层梁建立物理模型,进行弹性力学分析.研究了树脂柱的分布与材料特性对芯层与上下面层层间应力分布以及梁跨中最大位移的影响,分析了树脂柱对于增强面层和芯层间抗剥离能力的作用.     

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.     

芯层开槽对复合夹层板力学性能的影响分析

将芯层沟槽和泡沫芯材分开,应用有限元商业软件ANSYS,对芯层开槽的复合材料夹层板建立物理模型,进行弹性力学分析.研究了沟槽尺寸和沟槽内树脂材料特性对上下面层与芯层问的应力分布以及对板竖向位移的影响,分析了沟槽中树脂对面层和芯层间抗剥离能力的增强作用.     

Peel strength improvement of foam core sandwich beams by epoxy resin impregnation on the foam surface

The interfacial adhesion characteristics between foam cores and faces affect much the structural integrity of foam core sandwich structures. The peel strength between the face plate and the foam core is one of the appropriate parameters for the interfacial characteristics of sandwich structures and its peel energy is also measured for the interfacial characterization. The peel strength is the first peak force per unit width of bondline required to produce progressive separation, and the peel energy is the amount of energy per unit bonding area associated with a crack opening. In this study, to improve the peel strength between the foam core and the face plate of foam core sandwich beams, the surfaces of foam core sandwich beams were resin-impregnated. Then the peel strength as well as peel energy of resin impregnated polyurethane foam core sandwich beams were measured by the cleavage peel test and compared with those of the same sandwich beams without surface resin impregnation on the foam surface.     

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。     

Low speed impact behaviour of adhesively bonded foam-core sandwich T-joints

This paper investigates the effects of foam core density and aluminum skin plates on the low speed impact behaviour of adhesively bonded sandwich T-joints having a PVC foam core and aluminum face-sheets. The dynamic response of adhesively bonded sandwich T-joints was analyzed by the explicit finite element method. Two different material models were implemented to the foam core material: a hyperelastic model and a crushable foam material with ductile damage whereas the aluminum face-sheets were modelled as an elasto-plastic material. The cohesive response of adhesive interfaces was included using three dimensional cohesive element based on cohesive zone model. Adhesively bonded sandwich T-joint specimens were manufactured and tested to validate the numerical model. A very good agreement between the experimental and FE results were achieved. The density of the foam core material of adhesively bonded sandwich T-joint played important role on the joint failure mechanism. The joint having a stiffer foam core experienced more damage in both stiffener panel and adhesive layers.     

泡沫夹层结构的模压共固化成型工艺及参数选定

在分析夹层结构的基础上,概述了常用芯材包括铝蜂窝、NOMEX蜂窝和聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的性能和特点,介绍了刚性泡沫夹层结构常用的成型工艺,详细阐述了刚性泡沫夹层结构的模压共固化成型工艺及相关参数的选定。     

A study on the anchoring orientations of foam and sandwich composites with metal

Metallic anchors are used as the load transfer components for foam and sandwich composites when they are used as structural elements in design applications. The traditional method of fixation of these components is by gluing and fastening. The anchors are in the form of inserts and are imbedded in the foam during the foaming process. In this study, flexural testing was conducted on different metal anchor/foam configurations to establish typical interaction trends. The load‐deflection response, mode of failure, and fracture stresses of the structures were elucidated. Tests were conducted on foam and sandwich composites having rectangular, cylindrical, and taper geometries with different lengths. Leaf inserts were designed, manufactured, and tested inside foam and sandwich composites. Comparisons between the taper and leaf inserts are presented. Leaf inserts had better results compared with taper inserts in terms of adhesion and failure stresses. Finite element analysis (FEA) of the interactions between the inserts and the foam and sandwich composites under different loads was carried out. The FEA modeling results were very similar to the experimental results, thus validating the model. Simulations were also run with foam and sandwich composites with closeout configuration. Foam–sandwich with inserts had better adhesion and load‐bearing properties compared with same structures with closeouts. POLYM. COMPOS., 2011. © 2011 Society of Plastics Engineers