基于VARTM工藝縫合泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備及力學(xué)性能研究.pdf

1、與其他材料相比，縫合泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有較高的比剛度和比強(qiáng)度，整體表現(xiàn)為質(zhì)輕高強(qiáng)。因此這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料的應(yīng)用面越來越廣泛，尤其是在航空航天及民用工程上。縫合泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料作為一種先進(jìn)復(fù)合材料，其解決了傳統(tǒng)的夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在厚度方向上性能差，容易分層的缺陷。在很大程度上發(fā)揮出了夾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性能。通過在厚度方向上引入縫線來改進(jìn)夾層結(jié)構(gòu)的層間性能，極大提高了復(fù)合材料在外載荷作用下的力學(xué)性能表現(xiàn)。正是由于這種先進(jìn)性，所以越來越受

2、到學(xué)者的廣泛關(guān)注?？p合泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由于其原材料昂貴、且制備工序細(xì)致繁多，故而研究成本高，目前針對其研究的主要工作，集中在材料的力學(xué)性能研究上，主要以試驗(yàn)為主。怎樣合理有效的制備出性能優(yōu)良的縫合泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，如何在已知主要參數(shù)的基礎(chǔ)上，給出最優(yōu)的組合，從而獲得力學(xué)性能某一指標(biāo)下的最強(qiáng)組合，得到具體參數(shù)對力學(xué)性能的影響，已然具有相當(dāng)重要的學(xué)術(shù)意義，同時(shí)也能夠?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中提供參考。本文中采用玻璃纖維為面板材料、PU泡沫為芯材及

3、不飽和基聚酯樹脂為原材料，在 kevlar縫線的縫合下制成預(yù)制件，最后經(jīng)過VARTM工藝制備成縫合泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
　　本文在縫合泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備以及力學(xué)性能的研究基礎(chǔ)上來展開的。在自行設(shè)計(jì)夾具的基礎(chǔ)上，采用了正交試驗(yàn)方案來安排參數(shù)組合。主要參數(shù)選擇縫合針距、縫合行距和纖維層數(shù)。同時(shí)，詳細(xì)的討論了各力學(xué)性能的試驗(yàn)原理、試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)結(jié)果、載荷位移曲線及試驗(yàn)分析。縫合泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在落錘沖擊試驗(yàn)中，得到了其在沖

4、擊能量為60J的沖擊作用下的載荷-時(shí)間-能量曲線和載荷-位移-能量曲線，并在此基礎(chǔ)上分析了其在落錘沖擊下的破壞形式，得到其破壞過程分為三個(gè)階段：第一階段是上面板損傷、第二階段是泡沫破壞、第三階段是下面板損傷。通過Minitab16.0軟件對沖擊性能進(jìn)行正交分析，得到了以最大沖擊力為指標(biāo)的參數(shù)最佳組合：縫合針距為10mm、行距為20mm和纖維層數(shù)為9層。在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，通過彎曲載荷-位移曲線，分析了材料的受力狀態(tài)，得到材料最先破壞的部位

5、。對彎曲試驗(yàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和彎曲回彈現(xiàn)象進(jìn)行了討論，最后通過正交分析，得到了以彎曲強(qiáng)度為指標(biāo)的最佳參數(shù)組合：縫合針距為8mm、行距為10mm和纖維層數(shù)為9層。在平壓試驗(yàn)中，通過平壓的載荷-位移曲線，分析了受載模式及損傷形式，計(jì)算了平壓強(qiáng)度與模量值，最后通過正交分析，得到了以平壓強(qiáng)度為指標(biāo)的最佳參數(shù)組合：縫合針距為8mm、行距為10mm和纖維層數(shù)為9層。在縱壓試驗(yàn)中，分析縱壓載荷-位移曲線，得到其損傷模式，主要有：面板的彎曲皺折、縫線樹脂柱的