碳纖增強類蜂窩褶皺夾芯結構力學性能研究

《碳纖增強類蜂窩褶皺夾芯結構力學性能研究》是依託哈爾濱工業大學，由孫雨果擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：碳纖增強類蜂窩褶皺夾芯結構力學性能研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫雨果

項目摘要

碳纖增強褶皺夾芯結構作為集輕質高強韌、抗衝擊耐腐蝕、易於多功能化集成等特點的一種新型結構，在航空航天等領域具有廣闊的套用前景。國際上針對該類結構的製備和力學特性的研究還處於起步階段，是歐美已開發國家競相研發的熱點課題之一。本項目以碳纖增強複合材料為基材，以類似於蜂窩狀褶皺結構為芯子，設計製備一種新型全複合材料夾芯結構，並對其靜、動態力學回響特性進行研究。研究內容包括：以工程套用為背景，探索褶皺芯子的成型工藝和製備方法；以力學理論、實驗與數值模擬相結合的方法，從材料微觀/細觀形態著手系統研究該結構在靜、動態載荷下的力學行為及其損傷失效機理；揭示碳纖增強類蜂窩褶皺芯子的二維鋪設參數、三維拓撲構型參數與夾芯結構巨觀力學回響之間的內在關在線上制;給出該種夾芯結構設計製備及評價方法，為我國未來高性能空天飛行器製造過程中新一代結構材料的選用提供科學的參考依據和技術儲備。

結題摘要

碳纖維增強褶皺夾芯結構作為集輕質高強韌、抗衝擊耐腐蝕、易於多功能集成等特點於一體的新型結構，在航空航天、高端運送裝備等領域有著廣闊的套用前景。本項目以研發具有碳纖維複合材料褶皺構型芯子的輕質夾芯結構為目標，採用設計、製備、試驗等方法，開發出新型褶皺夾芯結構。通過探索成型製備方法、結構最佳化設計並對其力學性能開展綜合研究，製備出力學性能優異的複合材料褶皺芯子夾芯結構，研究成果可為航天航空飛行器及高端運送裝備材料的設計製造提供理論依據及技術儲備。本項目主要研究成果包括：圍繞褶皺結構概念，提出了V型、M型以及Oliver型褶皺芯子的夾芯結構，給出了採用碳纖維預浸料製備褶皺夾芯結構的成型工藝和方法；通過數值模擬與實驗驗證揭示了纖維鋪設角度以及V型褶皺構型幾何參數的變化對其褶皺夾芯結構的巨觀力學性能的影響規律；基於能量原理及等效理論推到出褶皺整體結構的模量與強度解析表達式；研究了碳纖增強褶皺結構板在靜態/動態載荷下的力學回響、損傷破環機理以及振動特性。此外初步探索了製備弧形褶皺芯子的製備成型方法及軸向載荷下的力學性能。通過上述研究從設計理論與實驗驗證了採用碳纖維複合材料製備以褶皺構型為芯子的新型夾芯承力結構的可行性，拓展了碳纖維複合材料在航天航空等領域中套用空間。