动静态载荷下云杉木及其夹层结构的吸能特性实验研究

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1、学校代号10532学号S150200203分类号U465.6密级公开硕士学位论文动静态载荷下云杉木及其夹层结构的吸能特性实验研究学位申请人姓名程佳佳培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称侯淑娟教授学科专业力学研究方向材料与结构碰撞吸能论文提交日期2018年4月20日学校代号：10532学号：S150200203密级：公开湖南大学硕士学位论文动静态载荷下云杉木及其夹层结构的吸能特性实验研究学位申请人姓名：程佳佳导师姓名及职称：侯淑娟教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：力学论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年5月10日答辩委员会主席：方棋洪StudyonEnergy

2、absorptioncharacteristicsofsprucewoodandsandwichstructureswithsprucewoodcoreunderstaticanddynamictestsbyChengJiajiaB.E.(WuhanUniversityofTechnology)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorPro

3、fessorHOUShujuanMay,2018动静态载荷下云杉木及其夹层结构的吸能特性实验研究摘要云杉木质松软，内部纹理平直，与常见金属材料相比，其比重更轻，成本更低。基于此，本文将天然云杉材料作为研究对象，研究其准静态压缩工况下的响应，同时为了得到更加完善的应用结构，研究了云杉-复合材料夹层结构的低速冲击动态吸能特性，以期推动绿色、环保材料在车身和多领域的应用。云杉是针叶类树木，由于季节气候等环境因素和木材本身的生长特性，导致其在不同位置的材料沿不同方向分别有不同的力学性能。本文将取自朝南、朝北两种位置的云杉标准试件，分别沿轴向、径向、切向进行准静态压缩实验。根据实验过程分析取材位置与压

4、缩加载方向对云杉标准件变形的影响；通过载荷-位移曲线计算得到各试件的能量吸收情况，并分析吸能与取材位置和压缩方向之间的联系；通过微观观察，分析研究云杉微观视角下的材料及结构失效机理，讨论其与材料宏观变形吸能之间的关系。根据准静态实验结果，选取强度最好的云杉试件，按照对应的取材位置和压缩方向，与碳纤维复合材料粘结组成云杉-复合材料夹层结构。为了模拟实际低速冲击工况，通过低速冲击实验研究了初始冲击能量与夹芯厚度对夹层结构动态吸能的影响。在动态实验过程中分析夹层结构的失效形式，计算结构吸能效率，给出变形和吸能特性与初始冲击能量以及材料厚度的关系。本文对云杉标准试件进行了准静态工况下的多变量研究，同

5、时分析了云杉-复合材料夹层结构在低速冲击下的动态吸能特征，为天然绿色材料在汽车轻量化上的应用提供了一定的技术指导，研究结果对天然绿色材料夹层结构在抗撞性元件设计中的应用具有一定的指导意义和参考价值。关键字：云杉；夹层结构；准静态；低速冲击；吸能II硕士学位论文AbstractSprucewoodisakindofsoftwoodwithflatinternaltexture.Comparedwithcommonmetalmaterials,sprucewoodisstructurallysimilartoaloose,porousfoamstructure,moreoverithasligh

6、terspecificgravityandismoreeconomical.Therefore,sprucewoodwastakenastheobjectofthestudyinthispaper.Staticresponseswereresearchedandinordertomakestructuresperfect,sprucewoodsandwichstructureswithCFRP（CarbonFibreReinforcedPlastics）panelswerefabricated.Dynamicresponsecharacteristicsofthesesandwichstru

7、ctureswereanalyzedbythelowvelocityimpactexperiments.Sprucewoodisakindofsoftwood,duetoseason/climateandthegrowthcharacteristicsofthewooditself,mechanicalpropertiesofitaredifferentindifferentlocationsanddirec