泡桐木复合材料夹层结构低速冲击下的界面破坏机理及损伤评估研究

With the characteristics of environment-friendly, light-weight, high-performance, low-cost, paulownia wood would partly replace the traditional high-energy-consumption engineering materials, which will be used extensively. There are many damages including interfacial damage in paulownia wood sandwich after low-velocity impact. Since the core/facesheet interface is crucial for the sandwich structure, the bearing capacity of paulownia wood sandwich would be seriously weakened by the interfacial damage. .Low-velocity impacting characteristics of paulownia wood sandwich structure, including the identification of the impacting and interlaminar damage, the mechanism of the impacting process, the accumulation process of the impacting damage, the interlaminar crack growth process of the interface will be researched in this program. By analyzing the residual bearing capacity of the paulownia wood sandwich with impact damages, a low-impact damage evaluation system will be proposed. Some paulownia wood sandwiches, which are interfacially strengthened using mechanical or chemical methods, would be impacted to study the interlaminar damage process and evaluate the residual capacity. Some reasonable interfacial treatments that would be applied in the paulownia wood sandwich's volume production process will be proposed in the research.

泡桐木复合材料夹层结构具有环保、轻质、高强、低成本的特点，是一种可替代传统高能耗材料的较为理想的工程材料，具有广泛的应用前景。泡桐木夹层结构在受到低速冲击作用时会形成包括界面损伤在内的多种损伤，并且由于芯材/面板界面是构成夹层结构受力的关键，因而会严重影响其承载性能。本项目拟研究在低速冲击荷载作用下，泡桐木夹层结构界面损伤的识别方法、形成机制、累积过程和界面裂纹扩展规律；研究泡桐木夹层结构在单次、多次冲击后，各种损伤对泡桐木夹层结构的剩余承载力影响，建立合理的冲击损伤评估体系；采用物理和化学方法对粘结面进行增强，进一步开展增强型界面在冲击荷载作用下的界面破坏形成机理研究，探寻合适的界面设计与处理方式，形成工程用泡桐木夹层结构的量产工艺技术。

泡桐木夹层结构作为从原材料到结构均能够实现国产的复合材料结构，是一种较为理想的轻质、高强的结构材料，未来可通过量产降低成本实现在工程领域的大规模应用。本项对泡桐木夹层结构在受到低速冲击作用时的损伤进行了研究，通过准静态侵彻试验、低速冲击试验，分析了不同冲击速率、不同铺层数量、不同铺层方式的影响，同时采用齿槽增强方式进行了界面增强，取得了一定的效果；为更为精确地检测和表征泡桐木夹层结构中的冲击损伤，采用了红外波检测方法对其内部损伤进行了更为精确地测量，从理论上分析了该方法的主要影响因素，并通过实际测量对该方法的极限进行了分析，与传统表征方法进行对比，该方法对于损伤的表征更为准确；通过对冲击的主要影响因素进行分析，结合有限元方法对其界面分层损伤机理进行了分析，并提出了相应的理论模型；进行了冲击后泡桐木夹层结构的剩余承载能力试验，对比分析了不同冲击能量、次数、厚度、位置等因素的影响；尝试采用有限元方法对于冲击/界面耦合损伤问题的分析；最后采用耦联剂对泡桐木夹层结构的界面进行了改性增强，通过试验对比分析，本文所提出的工艺方法可有效提高其界面性能。.通过项目的实施，共培养硕士研究生4名；申报国家专利6项，其中国家发明专利授权3项、国家实用新型专利授权3项；发表学术论文11篇；参编学术专著1部；相关技术应用在“全复合材料建筑结构——佛手湖玉竹楼”(建筑面积600平米，三栋三层)等示范工程中，取得了良好的社会效益。.课题研究了泡桐木夹层结构的抗冲击特性，并通过合适的增强方式有效提高了界面性能，有效保证了泡桐木夹层结构的稳定性、可靠性，本文所提出的工艺方法、抗冲击计算方法对提高木基复合材料结构的应用技术水平具有一定的现实意义。