超混杂复合材料点阵结构冲击损伤机理及剩余强度研究

Lattice sandwich structure is a new type of ultra-light high-strength structure, has been used in aerospace and other fields. They may be subjected to impact loadings in the preparation and the process of uesing，in order to improve the performance of resistance to low-velocity impact. By Considering the advantages and disadvantages of fiber reinforced composites and metal materials, the project designed a super-hybrid composite lattice sandwich structures (the facesheets are made of hybrid composite laminates, the core is made of metal lattice truss). The new sandwich structures can fully exert each advantages of fiber reinforced composites and metal materials, the composites have high specific strength and high specific rigidity, the metal materials have good plasticity. The main contents of this project include: Preparation of the super-hybrid composite lattice sandwich structures by bonding; The mechanism of absorpting impacted energy of the new sandwich structures by quasi-static compression tests and Low-velocity impact test; The damage mechanism and failure mode of the new sandwich structures under low-velocity impact test; the residual compressive strength affter low-velocity impact. The investigation of the project will design a new type sandwich structure with great ability of absorpting impacted energy and resistance to low-velocity impact, and lay a solid foundation to the design and application of lattice sandwich structures.

点阵夹芯结构是一种新型的超轻高强结构，目前在航天航空等领域已经有一些应用。但其在制备和使用过程中可能会受到冲击载荷作用。为了提高点阵夹芯结构的抗冲击性能，本项目综合考虑纤维增强复合材料和金属材料各自的优缺点，设计了一种以混杂复合材料为面板，以金属点阵为芯子的超混杂复合材料点阵夹芯结构。该夹芯结构可以发挥复合材料比强度高、比刚度大，以及金属材料良好塑性的优点。本项目的主要研究内容包括：通过二次胶接的方法制备超混杂复合材料点阵夹芯结构；通过准静态压缩试验和低速冲击试验研究超混杂复合材料点阵夹芯结构的吸能机理；研究其在低速冲击载荷作用下的损伤机理和破坏模式，以及冲击后剩余压缩强度。通过本项目研究提出吸能特性和抗冲击性能优异的点阵夹芯结构，为点阵夹芯结构的的设计和应用奠定坚实的基础。

点阵夹芯结构是一种新型的超轻高强结构，目前在航天航空等领域已经有一些应用。但其在制备和使用过程中可能会受到冲击载荷作用。为了提高点阵夹芯结构的抗冲击性能，本项目综合考虑纤维增强复合材料和金属材料各自的优缺点，设计了一种以混杂复合材料为面板，以金属点阵为芯子的超混杂复合材料点阵夹芯结构。该夹芯结构可以发挥复合材料比强度高、比刚度大，以及金属材料良好塑性的优点。本项目的主要研究内容包括：通过二次胶接的方法制备超混杂复合材料点阵夹芯结构；通过准静态压缩试验和低速冲击试验研究超混杂复合材料点阵夹芯结构的吸能机理；研究其在低速冲击载荷作用下的损伤机理和破坏模式，以及冲击后剩余压缩强度。通过本项目的研究取得的重要结果包括：1）基于嵌锁工艺，制备了由复合材料层合板和铝合金点阵芯子粘接而成的新型超混杂复合材料金字塔点阵夹芯结构。通过比较发现，本项目采用的制备方法效率较高，工艺稳定性较好；2）对芯子内部填充聚氨酯泡沫的金字塔点阵夹芯结构进行了平压试验和低速冲击试验的研究，发现金字塔点阵芯子杆件和聚氨酯泡沫具有协同作用，表现出更优异的吸能特性，即填充聚氨酯泡沫的金字塔点阵夹芯结构的承载能力不再是未填充泡沫的金字塔点阵夹芯结构和聚氨酯泡沫两者承载能力的线性叠加，而是强于两者之和； 3）对金字塔点阵夹芯结构冲击后的压缩性能进行了研究，研究发现：结构剩余强度与冲击位置和冲击能量有较大关系，当冲击能量较大时(15J以上)，面板和芯子均发生了严重的破坏，试件在冲击后压缩试验中的失效模式主要为面芯脱粘，试件冲击后的压缩性能也出现了大幅度的下降。