导　　师： 吴林志

学科专业： H0104

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 哈尔滨工业大学

摘　　要： 复合材料夹芯结构由于其结构合理，重量轻等特点而被广泛使用。利用复合材料高比强度，高比刚度的优点，纤维增强复合材料已成为一种新型轻质高强材料，是很有发展前景的航空航天材料。<br>　　本文针对复合材料夹芯结构面芯之间较为薄弱的特点，研究了一体成型技术，设计制备了直柱增强夹芯板和波纹夹芯板两种碳纤维复合材料，并对其进行了基本力学性能分析。<br>　　详细介绍了碳纤维直柱型夹芯结构的制备工艺和力学性能研究，包括面外压缩、面内压缩和三点弯曲试验，并观察其在这三种载荷作用下的破坏模式。然后针对结构固化过程中纤维柱径向固化压力不足造成结构整体性能降低的问题，提出了硅橡胶软模法的制备工艺，对制备出的试件进行了力学性能测试和比较，改善了芯子直柱的性能，整体力学性能有较大提高。<br>　　进一步完善了硅橡胶软模法，在此基础上设计制备了碳纤维波纹夹芯板，并对制作出的试件进行了基本力学性能分析，包括面外压缩、面内压缩、三点弯曲实验和面内剪切试验，对破坏模式进行了分析。通过和金属波纹板及纸波纹板的实验数据比较，得出本文研究的碳纤维复合材料波纹板是一种性能优异的高比强度、高比刚度的新型复合材料。<br>　　利用有限元分析软件Ansys，对本文研究的直柱型夹芯板和波纹夹芯板进行了固有频率和模态分析，得到了结构的低阶自由振动频率和模态。分别对直柱夹芯板和波纹夹芯板进行了频率优化。直柱夹芯板的设计变量为夹芯直柱的半径和面板厚度，波纹板的设计变量是芯子厚度和面板厚度，然后分别以两种夹芯结构的频率最大化和质量最小化为目标进行了优化设计，得到了不同质量参数下，直柱型夹芯板的前两阶固有频率随直柱半径和芯子相对密度的变化曲线以及波纹夹芯板的前两阶固有频率随芯子厚度和芯子相对密度的变化曲线，分别分析了影响结构振动特性的各种因素。对两种夹芯板做出进一步的优化，降低了结构的质量，分别给出了最佳几何参数匹配值。<br>　　

关 键 词： 全复合材料 夹芯结构 波纹夹芯板 高比刚度 成型技术 航空材料

分 类 号： [V214.8 V214.1]

领　　域： [航空宇航科学与技术] [航空宇航科学与技术]