PMI泡沫夹层结构动态力学性能研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文ＰＭＩ泡沫夹层结构动态力学性能研究硕士研究生：高申煣指导教师：王宝来讲师学科、专业：力学论文主审人：曲嘉副教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文PMI泡沫夹层结构动态力学性能研究硕士研究生：高申煣指导教师：王宝来讲师学位级别：工学硕士学科、专业：力学所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissert

2、ationfortheDegreeofM.EngResearchonDynamicMechanicalPropertiesofPMIFoamSandwichPlateCandidate:GaoShenrouSupervisor:LecturerWangBaolaiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicsDateofSubmission:Dec.,2017DateofOralExamination:Mar.,2018University:HarbinEngin

3、eeringUniversityPMI泡沫夹层结构动态力学性能研究摘要聚甲基丙烯酰亚胺（Polymethacrylimide，PMI）泡沫是一种质量轻、硬度高且各向同性的完全闭孔泡沫，同时具有高耐热性和高比强度。易于机械加工，可成型出结构复杂的构件，可以利用RTM工艺制备量多、件大的复合材料，是高性能复合材料夹层结构的首选芯层材料。在航空航天、轨道交通及防护装置方面大量应用了PMI泡沫夹层结构，因此复合材料夹层结构的动态力学性能受到广泛关注。目前，各项力学性能较好的PMI泡沫是研究吸能复合材料的热点之一，因此PMI泡沫夹层结构的动态力学性能研

4、究具有重要意义。首先研究了PMI泡沫夹层结构的制备工艺流程，并且制备了不同参数的夹层结构试件。对夹层结构进行准静态压缩实验，确定了其抗压强度和弹性模量。分析夹层结构应力应变曲线表明，准静态下PMI泡沫夹层结构应力应变曲线分为三个阶段：线弹性阶段、屈服平台阶段以及致密化阶段。利用控制变量法分析夹层结构的面板厚度、芯层厚度及芯层密度对其力学性能的影响，结果表明准静态下芯层密度对夹层结构的抗压强度和弹性模量影响最大，芯层密度减少28%时，弹性模量下降41.20%，抗压强度减小42.58%。其次，利用分离式霍普金森压杆实验装置进行动态冲击压缩实验。分

5、析动态情况下夹层结构各项参数对其力学性能的影响，并与准静态压缩实验对比。分析PMI泡沫夹层结构的动态压缩性能，对比分析不同应变率对铝面板PMI泡沫夹层结构的抗压强度影响。最后，利用ANSYS/LS-DYNA显式动力分析有限元软件对PMI泡沫夹层结构进行数值模拟计算。分析PMI泡沫夹层结构在冲击载荷下的变形模式和吸能特性，将数值模拟与动态冲击实验的结果进行对比。数值模拟不同参数的夹层结构动态力学性能，找出影响夹层结构动态力学性能的主要因素是芯层密度。芯层密度减少28%，有效吸能率下降45.66%。对比实验分析不同应变率对夹层结构的力学性能影响，

6、结果表明应变率由准静态7.6×10-4s-1增加到150s-1，抗压强度提高29%；由7.6×10-4s-1增加到310s-1，抗压强度提高43%，有效吸能率轻微下降。关键词：PMI泡沫；夹层结构；动态冲击；霍普金森压杆；有限元数值模拟PMI泡沫夹层结构动态力学性能研究ABSTRACTPolymethacrylimide(PMI)foamisalightweight,fullyclosedcell,highheatresistanceandhighspecificstrength,isotropyrigidfoam.Itiseasytobep

7、rocessedandmakecomplexstructuralparts.ItcanbeusedRTMtechnologytomakeamountofcompositematerialswhichlargeobject.Itisanidealcorematerialforhighperformancecompositesandwichstructures.PMIfoamsandwichstructureiswidelyusedinaerospace,trafficandprotectivedevices,then,thedynamicmec

8、hanicalpropertiesofcompositesandwichstructureshavedrawnmuchattention.Atpresent,the