CFRP/泡沫铝夹芯结构抗冲击性能研究

发布时间：2025-06-27 01:09

　　泡沫铝夹芯结构具有质轻、高比强度、高比刚度及良好的抗冲击性能,在航空航天、舰船制造和防护工程等诸多领域得到广泛的应用。目前,国内外对于以复合材料为面板的泡沫铝夹芯结构的研究相对较少,且大多集中在准静态力学性能方面。本文以CFRP/泡沫铝夹芯结构为研究对象,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究其在冲击载荷作用下的失效模式和抗弹性能,具体研究内容及取得的研究成果如下:(1)利用一级轻气炮加载柱状平头弹对CFRP/泡沫铝夹芯结构进行弹道冲击实验,冲击速度在100～300m/s之间,得到了该夹芯结构的失效模式。在靶板被完全贯穿的情况下,前面板发生剪切破坏,被剪切下一个圆形薄片,泡沫铝芯层发生剪切穿孔,并且形成了大量的泡沫铝碎片,后面板背弹面出现“十字”花瓣形穿孔破坏。与单独的泡沫铝相比,CFRP/泡沫铝夹芯结构的抗平头弹冲击性能得到明显提高。利用PVDF压电传感器得到了冲击过程中的压力时程,结果表明,泡沫铝芯层对冲击载荷有较强的衰减作用。(2)利用ABAQUS/Explicit软件对CFRP/泡沫铝夹芯结构的抗冲击性能进行数值模拟,研究不同初速、不同弹丸形状及不同着角(弹道方向与靶板法向间的夹角...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 碳纤维增强复合材料抗冲击行为研究
        1.2.2 泡沫铝夹芯结构的研究
        1.2.3 CFRP/泡沫铝夹芯结构的研究
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 实验系统的构建
    2.1 实验加载系统
        2.1.1 弹丸加载系统
        2.1.2 速度测量系统
        2.1.3 冲击压力测量系统
    2.2 弹丸及CFRP/泡沫铝夹芯结构
    2.3 实验基本参数
    2.4 本章小结
第3章 CFRP/泡沫铝夹芯结构的冲击实验
    3.1 泡沫铝的准静态压缩及冲击实验
        3.1.1 泡沫铝的准静态压缩实验
        3.1.2 泡沫铝的冲击实验
    3.2 夹芯结构的冲击实验
        3.2.1 夹芯结构的破坏分析
        3.2.2 夹芯结构的抗冲击性能
        3.2.3 弹丸冲击夹芯结构的典型物理过程
        3.2.4 夹芯结构对冲击波的衰减作用
    3.3 本章小结
第4章 夹芯结构有限元模型的建立及实验验证
    4.1 CFRP面板抗冲击有限元模型
        4.1.1 CFRP几何模型的建立
        4.1.2 CFRP单层弹性本构关系
        4.1.3 Hashin失效准则
        4.1.4 CFRP有限元模型的建立
        4.1.5 CFRP有限元模型的实验验证
    4.2 泡沫铝的抗冲击有限元模型
        4.2.1 闭孔泡沫铝的几何模型
        4.2.2 泡沫铝的材料模型及损伤准则
        4.2.3 泡沫铝有限元模型的建立
        4.2.4 泡沫铝有限元模型的实验验证
    4.3 CFRP/泡沫铝夹芯结构的抗冲击有限元模型
        4.3.1 夹芯结构有限元模型的创建
        4.3.2 夹芯结构有限元模型的实验验证
    4.4 本章小结
第5章 CFRP/泡沫铝夹芯结构抗冲击性能数值模拟
    5.1 典型算例结果分析
        5.1.1 夹芯结构冲击变形过程
        5.1.2 夹芯结构各部分的应力云图
    5.2 初速对抗冲击性能的影响
        5.2.1 夹芯结构的最小穿透速度
        5.2.2 夹芯结构的抗弹性能
    5.3 弹丸形状对抗冲击性能的影响
    5.4 着角对抗冲击性能的影响
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
致谢



本文编号：4053561