《硬質泡沫夾層複合材料疲勞損傷演化及影響機制》是依託上海交通大學，由楊鳳鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：硬質泡沫夾層複合材料疲勞損傷演化及影響機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊鳳鵬
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對在軌道車輛、航空航天、船舶製造等領域日益廣泛套用的硬質閉孔泡沫夾層結構複合材料為研究對象，運用試驗測試和數值分析等手段，開展拉伸、彎曲等疲勞載荷作用下的損傷演化規律以及影響機制的研究。探索不同參數如載荷幅度、載入頻率，以及芯層密度等對疲勞性能和損傷演化的影響規律。討論夾層結構對溫度變化的敏感特性，針對不同密度芯層的泡沫夾層結構，對其在高溫和低溫環境下的疲勞性能和微觀損傷機理進行分析。此外，對於含有初始損傷如缺口、穿孔、連線、衝擊等對夾層結構疲勞過程的影響進行研究，重點分析低速衝擊作用下後續疲勞損傷演化規律。另一方面，利用泡沫芯層的本構關係，建立合理的夾層結構數值模型，通過模擬給出應力分布特徵，以及巨觀破壞與微觀損傷之間的聯繫。提出有效的疲勞損傷參量描述和損傷累計模型，完善夾層結構疲勞壽命的預測公式，以及材料疲勞失效的衡量準則。
結題摘要
選用在航空和交通領域廣泛套用的鋁板聚甲基丙烯酸亞胺(PMI)硬質泡沫芯層夾層結構進行研究。給出了三點彎曲載荷作用下的力-位移曲線和破壞模式，分析了面板、夾層和粘結層的影響。研究發現面板材料的力學性能決定了複合材料損傷和破壞的形式。此外粘結層對於夾層結構整體力學行為也起著非常重要的作用。 對不同損傷破壞模式下的極限載荷預測公式進行了分析比較，針對PMI夾層結構確定了極限載荷預測公式，並通過不同芯層厚度夾層結構的測試曲線得到很好的驗證。初步建立了夾層結構的有限元仿真模型，分別對面板層、芯層和粘結層進行建模計算，給出靜態載荷作用下的受力回響特徵。 給出了載荷控制模式下夾層結構的疲勞壽命曲線和損傷破壞演化過程。採用中心載入點的位移增幅作為損傷參量，推導了疲勞損傷模型和預測公式。分析了恆位移疲勞作用模式下夾層結構的疲勞壽命和損傷演化。恆位移模式下，損傷破壞分為兩種形式：當位移幅值較大時，載入接觸位置處面板出現坍塌並導致最終剛度的下降。當位移幅值較小時，表現為面板和芯層的脫離。針對兩種損傷模式，採用載荷幅值作為損傷參量，分別給出損傷預測公式。 針對頻率的影響進行分析，在較低頻率情況下，頻率對疲勞壽命和損傷模式的影響幾乎可以忽略不計。應力幅度無論對結構的疲勞壽命，還是損傷模式均有著比較顯著的影響。隨著應力比的增加，疲勞壽命明顯提高。應力比較大的情況下，損傷表現為面層和芯層的脫離；應力比較小時，則表現為面板層的坍塌和逐步斷裂。 低溫環境下，夾層結構疲勞壽命最長，表層和芯層材料強度增加，塑性降低。高溫環境下的疲勞壽命最短。在高低溫環境下，夾層結構的疲勞破壞形式均與常溫環境相同。對於初始衝擊損傷的夾層結構研究發現：隨著初始衝擊能量的增加，夾層結構彎曲剛度有著明顯的降低，疲勞壽命也隨之減少。但是不同的衝擊能量並未改變夾層結構的破壞模式。此外，對於不同位置的初始衝擊損傷，其影響規律和影響程度也並不相同。在載入點附近的衝擊損傷影響程度明顯大於其它位置處的損傷。
