CF_PEEK复合材料点阵夹芯结构的制备及其力学性能研究.pdf

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1、硕士学位论文CF/PEEK复合材料点阵夹芯结构的制备及其力学性能研究FABRICATIONANDMECHANICALPROPERTIESOFCF/PEEKCOMPOSITELATTICESANDWICHSTRUCTURES胡记强哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文CF/PEEK复合材料点阵夹芯结构的制备及其力学性能研究硕士研究生：胡记强：导师：王兵：副教授申请学位：工程：硕士学科：航天工程：所在单位：复合材料与结构研究所：答辩日期：2018：年6月授予学位单位：哈尔

2、滨工业大学：ClassifiedIndex:TB332U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringFABRICATIONANDMECHANICALPROPERTIESOFCF/PEEKCOMPOSITELATTICESANDWICHSTRUCTURESCandidate：JiqiangHuSupervisor：Asso.Prof.BingWangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SpaceEngineeringAff

3、iliation：CenterforCompositeMaterialsandStructuresDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要无论是在汽车行业还是在航空航天领域，在保证安全可靠性的前提下，实现结构轻量化以达到节能减排的目的已成为行业发展的主流。实现结构轻量化的首要途径便是材料的轻量化，随着对轻质高强材料的不断探索，纤维增强树脂基复合材料成为目前的首选材料之一。在过去的几十年里纤维增强热固性复合材料已得到广泛的研究

4、和应用，但纤维增强热塑性复合材料由于高温热塑性树脂的成型和预浸料浸渍技术的限制，未能得到长足发展。随着热塑性复合材料预浸料成型工艺的不断进步，纤维增强热塑性复合材料也开始成为了研究热点。相比于传统纤维增强热固性复合材料，纤维增强热塑性复合材料具有如下性能优势：更高的抗冲击韧性、损伤容限以及耐阻燃性、耐水性，同时可常温存储、可回收利用、可熔融焊接。本文以连续碳纤维增强高性能聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料为原料制备了三维点阵夹芯结构，探索其制备工艺并研究其力学性能。本文结合CF/PEEK复合材料可反复加热成型，可熔融焊接的特性，对CF/PEEK复合材

5、料点阵夹芯结构提出了一种新的制备工艺。在点阵芯子制备方面，没有采用传统的嵌锁组装法和预铺层模具热压法，而是结合热塑性复合材料可热压变形的特点，提出了一种新的模具热冲压制备工艺；在面板和芯子连接方面，提出了一种与传统的焊接(金属材料)和胶接(热固性复合材料)方式不同的热压连接方式。研究了CF/PEEK复合材料点阵结构的压缩性能。建立了理论分析模型，推导了CF/PEEK复合材料点阵结构在平压载荷作用下的等效压缩模量和压缩强度公式，并给出了不同失效模式所对应的压缩强度预报公式。开展了CF/PEEK复合材料点阵结构的平压试验，获得了四种相对密度的CF/PEE

6、K复合材料点阵结构在平压载荷作用下的应力—应变曲线，观察了其对应的失效模式，验证了理论模型所预测的失效模式的准确性。采用有限元软件ABAQUS对CF/PEEK复合材料点阵结构的平压过程进行了模拟，将模拟结果和试验结果进行对比表明有限元模型很好的预测了CF/PEEK复合材料点阵结构在平压载荷下的结构响应。借助平压有限元模型探讨了点阵芯子的铺层角度对结构压缩性能的影响。采用InstronDynatup9250HV落锤冲击试验机对三种不同相对密度的CF/PEEK复合材料点阵结构进行了低速冲击试验，研究了不同冲击能量和冲击位置对结构冲击响应的影响。根据不同冲

7、击能量和冲击位置下CF/PEEK复合材-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文料点阵结构的破坏情况，对载荷-时间曲线和能量-时间曲线进行了分析。关键词：热塑性复合材料；点阵夹芯结构；制备工艺；力学性能-II-AbstractAbstractWhetherintheautomotiveindustryorinthefieldofaerospace,lightweightstructurehasbecomethemainstreamofindustrialdevelopmentinordertoachieveenergysavingandemissionre

8、ductionunderthepremiseofensuringsafetyandreliability.T