缝合泡沫夹芯结构复合材料低速冲击损伤及冲击后压缩性能研究

Stitched foam core sandwich structure composites have not only high strength and stiffness, but also can efficiently defect delamination, and improve interface property and impact resistance. They are widely used in aircrafts, trains, automobiles and other transportation areas for one of main ways to transportation lightweight. .Impact damage induced by low-velocity impact will undermine the integrity of the sandwich structure composite, which seriously threaten its security. The study of stitched foam core sandwich composite low-velocity impact damage and compression-after –impact properties has important theoretical and practical value..3D numerical simulation and experimental analysis on impact properties and compression-after –impact behavior of through thickness stitched foam core sandwich structure composites will be studied in the project. The effect of stitched foam sandwich structure composites structures, such as fiber sheet thickness, fiber layup, clearance between hole and stitch thread in the foam, stitch density, stitch thread thickness, stitch direction on damage inducing low velocity impact and compression-after –impact behavior will also be investigated. The influence of stitch thread resin columns on delamination and damage of fiber layer and foam is discussed. .The effect of delamination on compression-after –impact behavior is discussed..The effect parameters will be optimized. The relationship between damage behavior and material structure in low-velocity impact will be showed. It will provide theoretical basis for material design.

缝合泡沫夹芯结构复合材料不仅强度和刚度高，并能有效克服传统层板结构易分层，显著提高其界面性能和抗冲击性能，在交通工具领域得到越来越广泛的应用，是实现交通运输工具轻量化的主要途径之一。低速冲击带来的损伤将损害复合材料夹芯结构的完整性，从而严重威胁其安全性。因此研究缝合泡沫夹芯结构复合材料的低速冲击损伤及冲击后压缩性能具有重要的理论和实际价值。本项目对沿厚度方向缝合泡沫夹芯结构复合材料低速冲击过程及冲击后压缩过程进行三维数值模拟和实验分析，研究该复合材料结构如面板厚度、纤维铺设方式、泡沫厚度、缝合线的密度、直径，缝合方向等因素对低速冲击损伤及冲击后压缩性能影响，探讨缝线树脂柱对各纤维层及泡沫破坏的影响关系和缝线对复合材料纤维分层的影响关系。探讨分层对冲击后压缩性能的影响关系，并对各参数进行优化研究；揭示低速冲击下缝合泡沫夹芯复合材料的冲击破坏行为与材料结构的关系，为材料结构设计提供理论依据。

缝合泡沫夹芯结构复合材料不仅强度和刚度高，并能有效克服传统层板结构易分层，显著提高其界面性能和抗冲击性能，在交通工具领域得到越来越广泛的应用，是实现交通运输工具轻量化的主要途径之一。低速冲击带来的损伤将损害复合材料夹芯结构的完整性，降低复合材料的拉伸、压缩、剪切和弯曲等的强度，尤其是压缩性能下降最大，从而严重威胁其安全性。.首先进行了缝合/未缝合泡沫夹芯复合材料低速冲击的实验及模拟研究。对缝合/未缝合泡沫夹芯复合材料低速冲击的实验研究，采用超声C技术和微CT技术对冲击后的复合材料内部损伤进行了无损探测；再基于内聚力模型来表征复合材料内部的层间分层损伤建立了缝合/未缝合泡沫夹芯复合材料低速冲击三维有限元模型对其进行了数值模拟，两者结果进行了比较。探讨了缝合/未缝合泡沫复合材料低速冲击中力-变形关系及带来的面内和层间分层损伤情况。.然后进行了缝合/未缝合泡沫夹芯复合材料冲击后压缩实验与模拟研究。对缝合/未缝合泡沫夹芯复合材料低速冲击后压缩进行了实验研究；在低速冲击数值模拟得到的纤维和分层损伤的基础上，建立了复合材料冲击后压缩三维有限元模型对其进行了数值模拟，预测了缝合/未缝合泡沫夹芯复合材料冲击后压缩的力-位移关系及其压缩强度和复合材料板的损伤情况，两者结果进行了比较。.进行了缝合/未缝合泡沫夹芯复合材料损伤阻抗和损伤容限性能的研究，探讨了冲击能量和铺层角度对缝合/未缝合碳纤维泡沫夹芯板的抗冲击性能影响关系。.采用理论和实验相结合的方法完成了缝合泡沫夹芯复合材料弯曲性能的研究，建立了缝合泡沫夹芯复合材料三点弯曲的三维有限元模型并对其进行了数值模拟和实验验证。.完成了不同粒子改性环氧树脂基碳纤维复合材料横向拉伸性能的研究，分别对微米级Al2O3、SiO2，陶瓷粉和纳米级Al2O3、SiO2，单层/多层氧化石墨烯的横向拉伸性能研究，得到了陶瓷粉有最高的性价比，具有良好的应用前景，值得进一步研究。.上述研究结果对缝合泡沫夹芯结构复合材料的应用提供重要的理论意义和实用价值。