复合材料三明治结构高速冲击损伤机理及结构优化开题报告

全文总字数：7248字

1. 研究目的与意义（文献综述）

研究背景：随着现代社会的飞速发展，生态文明建设成为国家战略方针，工业界也越来越注重绿色发展。中国生态环境部发布《中国移动源环境管理年报(2019)》显示，中国已连续十年成为世界机动车产销第一大国，机动车等移动源污染已成为中国大气污染的重要来源，移动源污染防治的重要性日益凸显，部分城市大气污染中机动车尾气污染已占70%。因此，汽车必然朝节能环保的方向发展，对乘用车而言，重量每减少10%，可节油7%～8%, co2排放可减少6%～7% ，汽车轻量化是降低能耗、减少排放的最有效措施之一。

汽车减重的方法较多，比如零部件结构优化、选用新能性能材料、电子控制等等。在新材料使用方面，复合材料结构因其重量轻、比强度和比刚度高、稳定性好耐腐蚀等优异特性和功能特点,在汽车结构中存在广阔的应用空间。目前汽车中使用的复合材料结构主要有碳/玻璃纤维层压板和复合材料夹层结构，本课题主要研究碳纤维三明治夹层结构。夹层结构产生于本世纪 40 年代，最初由桃花心木为面板，以巴萨木为芯材的夹层结构。随着胶接技术和高性能胶黏剂的进展，夹层结构的性能不断提高，适用范围不断扩大。运载火箭的整流罩、大部分无人机结构等都是用复合材料夹层结构制造的。目前使用较多的芯层材料有芳纶\铝蜂窝和泡沫。虽然蜂窝夹芯结构的使用时间比泡沫夹芯结构的时间早，范围广，但是与泡沫夹芯结构相比，泡沫夹芯结构比其具有以下优点：泡沫表面比蜂窝表面光滑，机械加工容易、并且泡沫夹芯板比蜂窝夹芯板更易维修。且对于汽车结构而言，由于泡沫声音阻尼较大，采用泡沫芯层能起到很好的隔音降噪功能。

研究意义

2. 研究的基本内容与方案

主要内容：

（一）根据夹层板失效准则在abaqus有限元软件种建立泡沫三明治结构（碳纤维复合材料蒙皮和树脂泡沫夹芯）的高速冲击模型。

用试验的方法研究复合材料结构的低速冲击损伤问题具有很大的局限性和较高的成本。首先，实验本身也并不能讲每一个实际因素都考虑进去，例如鸟撞问题中鸟撞的位置、撞击的角度等等都会影响结果判断。另外，冲击试验是一个破坏性试验，在试验过程中，相关试验就变得非常昂贵，非常耗时，有时甚至很难进行。另一方面，随着计算机水平的发展，数值计算得到了越来越广泛的使用，其计算结果也得到了很多研究人员的认可，相对于试验，计算机仿真计算不论是在人力和物力消耗还是技术操作上都具有很大的优越性。因此，数值计算成为复合材料结构设计过程中的重要工具。目前市面上的商业有限元软件主要有ansys、abaqus、hyperworks等等。针对复合材料高速冲击问题，由于abaqus具有很好的非线性显式求解功能，因此本课题需要利用abaqus建立碳纤维/环氧树脂面板和泡沫夹芯板的有限元模型。

3. 研究计划与安排

（一）准备工作

1、2019.1.2-2019.1.27阅读相关文献

2、2019.2.2-2020.2.16 相关软件工具及基础知识学习

4. 参考文献（12篇以上）

[1]hou y, tie y, li c, et al. on the damage mechanism of high-speed ballast impactand compression after impact for cfrp laminates[j]. composite structures, 2019,229: 111435.

[2] 王杰. 复合材料泡沫夹层结构低速冲击与冲击后压缩性能研究[d].上海交通大学,2013.