含软质芯材的复合材料格栅夹层板壳的承载与失效机理研究

In order to solve the design challenges of ship’s composite sandwich structures filled soft function core, this project proposes a composite sandwich structure with grids reinforced. For the typical composite sandwich plates and shells with soft acoustic rubber filled and reinforced by grids, the bearing and failure mechanism under the bending and buckling loads will be studied by Theoretical, experimental and simulation method. First, based on the higher order shear theory, the analytic method for solving the bending and buckling of composite sandwich rectangular plates and double curvature shells will be studied. The influences of the relevant design parameters on the structural properties of bearing will be discussed. Furthermore, the group will research the vacuum-assisted molding process and produce the relevant test models, the experimental verification and research of mechanical properties and failure modes of composite sandwich plates and shells with soft acoustic rubber filled and reinforced by grids will be carried out. At the same time, the project will research on the simulation methods of bearing and failure of composite sandwich plates and shells reinforced by grids, which will establish a finite element method to analysis the bearing characteristics and failure modes of large-scale structure. Through the research in this project, we will reveal the bearing and failure mechanism of composite sandwich plates and shells with soft core filled and reinforced by grids under the bending and buckling loads.The research results will provide the necessary theoretical and technical support for structural design and engineering application.

为解决填充软质功能芯材的复合材料夹层结构设计难题，本项目提出了带有格栅增强的复合材料夹层结构形式，针对典型的软质声学橡胶填充的复合材料格栅夹层板壳，对其在弯曲和屈曲载荷作用下的承载和失效机理进行理论、试验和仿真研究。首先，基于高阶剪切理论，建立复合材料格栅夹层矩形平板和双曲率壳弯曲和屈曲问题的求解方法，并探讨相关设计参量对结构承载特性的影响机理；进而，通过对真空辅助成型工艺进行研究，制作试验模型，对橡胶填充的复合材料格栅夹层板壳结构力学特性和失效模式进行试验验证和研究；同时，开展复合材料格栅夹层板壳结构承载特性与失效机理的有限元仿真方法研究，建立大尺度结构的承载强度与破坏模式的有限元分析方法。通过本项目的研究，将揭示填充软质芯材的复合材料格栅夹层板壳弯曲和屈曲的承载与失效机理，为结构设计和工程应用提供必要的理论基础和技术支撑。

潜艇的轻外壳结构作为声探测的主体和声辐射的主要通道，是目前潜艇声学隐身研究的重要对象之一。夹层复合材料结构具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强等优点，为了促进内部含有软质功能性芯材的夹层复合材料结构的工程应用，解决其弯曲刚度不足和整体性较差的问题，本项目针对带有格栅增强的复合材料夹层结构，对典型的软质声学橡胶填充及PVC泡沫的复合材料格栅夹层板壳在弯曲和屈曲载荷作用下的承载和失效机理进行了理论、试验和仿真研究。在理论研究方面，项目组基于高阶剪切理论，建立了复合材料格栅夹层板的弯曲和屈曲问题的求解方法，并探讨相关设计参量对结构承载特性的影响机理，发现增加复合材料格栅后，可大大增强复合材料夹层结构的弯曲刚度和屈曲载荷；并给出了夹层板跨厚比、格栅厚度、格栅复合材料铺层角度、格栅间距等对夹层板弯曲和屈曲性能的影响规律。同时，在试验方面，项目组通过对真空辅助成型工艺进行研究，制作了本项目中的相关试验试件和模型，对软质芯材填充的复合材料格栅夹层板结构的弯曲力学特性及振动特性进行了试验验证和研究，并得出了相关因素的影响规律；最后，开展了复合材料格栅夹层梁结构承载特性与失效机理的试验研究与有限元仿真方法研究，给出了复合材料格栅对夹层梁弯曲与屈曲强度特性的影响因素及影响规律。通过本项目的研究，揭示了填充软质芯材的复合材料格栅夹层板壳弯曲和屈曲的承载与失效机理，为结构设计和工程应用提供必要的理论基础和技术支撑。本项目的研究成果，将解决含软质芯材的夹层结构的承载与功能性综合设计的难题提供新的思路，促进含有软质芯材的夹层板壳在潜艇轻外壳上的工程应用。