《碳纖維複合材料新型皺褶夾芯結構製備及力學性能研究》是依託哈爾濱工業大學，由熊健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：碳纖維複合材料新型皺褶夾芯結構製備及力學性能研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：熊健
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
輕質高強結構是航空航天發展的永恆主題，皺褶夾芯結構作為一種縱向和橫向均呈之字形摺疊的輕量化芯材結構在航空航天領域具有廣泛的套用前景。傳統的V型和M型皺褶夾芯結構多由薄的鋁箔或紙摺疊而成，若採用碳纖維複合材料予以成型，則在皺褶稜線拐角處存在纖維方向突變，易成為失效破壞萌發點。本項目提出多種適合碳纖維複合材料模壓成型的新型皺褶結構(如S型)，解決稜線拐角處纖維突變的瓶頸問題，提高結構載荷質量效率。擬開展以下三個方面的工作：(1) 充分發揮纖維增強的潛力，採用具有自主智慧財產權的模具熱壓法製備碳纖維新型皺褶夾芯結構。(2) 建立預報碳纖維新型皺褶夾芯結構力學性能的理論與數值模型，繪製其失效機製圖，並指導實驗件設計。(3) 對碳纖維新型褶皺夾芯結構進行靜態及動態力學性能實驗研究，評價結構的力學性能並揭示其失效機理。本項目研究可為人們對碳纖維皺褶夾芯結構的認識和未來該結構的實際工程套用奠定基礎。
結題摘要
減輕結構重量，提高有效載荷是輕質結構不斷發展的永恆主題，皺褶夾芯結構作為一種縱向和橫向均呈之字形摺疊的輕量化芯材結構在航空航天領域具有廣泛的套用前景。皺褶夾芯結構是受摺紙啟發而來，傳統的V型和M型皺褶夾芯結構多由薄的鋁箔或紙摺疊而成，若採用碳纖維複合材料予以成型，則在皺褶結構稜線拐角處存在纖維方向突變，在製備和承載過程中易成為失效破壞萌發點。本項目提出了一種適合碳纖維複合材料模壓成型的曲面摺紙皺褶結構(S型皺褶結構)，解決了稜線拐角處纖維突變的瓶頸問題，提高了結構載荷質量效率。開展了以下四個方面的工作：(1) 提出了一種由V型皺褶結構向S型皺褶結構的轉化規則，保證了簡便易操作，並且不增加獨立的幾何參數，證明了S型皺褶結構的可摺疊性和可展開性。(2) 充分發揮纖維增強的潛力，採用具有自主智慧財產權的模具熱壓法成功製備了碳纖維S型皺褶夾芯結構。(3) 建立了不同類型皺褶夾芯結構在幾種常見載荷下力學性能的理論與數值預報模型，繪製了其失效機製圖，並根據失效機製圖設計了不同尺寸的試驗件。(4) 對碳纖維S型皺褶夾芯結構在幾種常見載荷環境下進行了靜態力學性能實驗研究，評價了結構的力學性能並揭示其失效機理。理論分析、數值模擬以及面外壓縮試驗證明S型皺褶夾芯結構的抗屈曲能力要明顯強於V型皺褶夾芯結構。本項目研究成果為人們對碳纖維皺褶夾芯結構的認識和未來該結構的實際工程套用奠定了基礎。在固體力學或複合材料領域頂級期刊JMPS、CSTE等發表SCI學術論文7篇，基於項目部分研究成果，項目負責人入選中國科協青年托舉人才工程和教育部青年長江學者。
