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文檔簡介
1、.聚醚胺(D230)論文:PMI泡沫殼體夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計及力學(xué)性能研究【中文摘要】聚甲基丙烯酸亞胺(PMI)泡沫夾層結(jié)構(gòu)整體具有很高的比強度,較大的比剛度,同時還具有優(yōu)異的隔熱與透波功能,越來越多地應(yīng)用于大型客機、火箭整流罩、載人飛船和衛(wèi)星艙段等諸多技術(shù)領(lǐng)域。隨著航空航天科技深入發(fā)展,對于結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料的性能要求也在不斷提高,使得夾層材料尤其是工藝性能十分穩(wěn)定的泡沫夾層材料越來越有發(fā)展前景。本文主要研究PMI泡沫/玻璃鋼復(fù)合艙段的結(jié)構(gòu)與設(shè)計優(yōu)化。首先以乙二胺為固化劑,并用D230(聚醚胺)對環(huán)氧樹脂體系進行增韌改性。純乙二胺固化的環(huán)氧樹脂為脆性材料,當加入D230以后,由于D230的C鏈比乙二胺長
2、,可以有效的增加澆注體網(wǎng)絡(luò)空間,使交聯(lián)點的密度降低。通過以上改進,制造出強度高、缺陷少、韌性好的環(huán)氧樹脂澆注體。再通過三點彎曲、拉伸等實驗驗證得到,當D230的比例為20%的時候,澆注體的強度達到最佳,并且達到了很好的增韌效果。對斷口進行掃描,進一步分析了D230的改性效果。對澆注體進行了熱重法(TG)試驗,得到澆注體的分解溫度在260以上,完全達到艙段的熱環(huán)境使用要求。選取聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)作為夾層結(jié)構(gòu)的芯材。制備了PMI/玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)。同時通過夾層結(jié)構(gòu)側(cè)壓、三點彎曲等基本力學(xué)性能實驗,對PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進行了分析。同時,對纖維面板鋪層、PMI泡沫密度、纖維面板的厚度等
3、影響因素進行了規(guī)律性分析。最后,以某一型號的火箭艙段為背景,利用有限元軟件Patran進行對圓柱殼和圓錐殼夾層結(jié)構(gòu)進行模擬設(shè)計,并在模擬設(shè)計中對夾層結(jié)構(gòu)進行了加筋處理,加大了整體的剛度。對加筋后的夾層結(jié)構(gòu)進行了屈曲分析,同時考察了面板厚度、纖維鋪層角度以及PMI泡沫密度對夾層結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響規(guī)律。【英文摘要】Polymethacrylimide (PMI) foam sandwich structure has high specific strengths and specific stiffness, and the excellent properties of heat insula
4、tion and wave-transparent properties, so it can be widely used in the field of large aircraft, rocket fairing, spacecraft, satellite cabin and so on. With the steady development of aerospace science and technology, the demands for structure design and properties of material are urgently increased. F
5、oam-sandwich-structured materials with very stable process performance are very remarkable and promising in wide application field.This thesis studied the structure of PMI foam / Fiber Reinforced Plastics and optimized the design of the structure.First, 1,2-ethylenediaminem was used as curing agent,
6、 epoxy resin matrix is toughened by mixing up Polyether amines (D230). Pure ethylenediamine cured epoxy resins are brittle material.After adding D230, it can effectively increase the body casting cyberspace, and decrease the density of the crosslink, for the C-chain length of the D230 is longer than
7、 that of ethylenediamine. Therefore, epoxy resin matrix with low-defect, high strength and toughness could be obtained. Then the optimization quantity of the flexible amine (D230) fillings is determined through mechanical properties testing. The results shows that if quantity of the flexible amine (
8、D230) comes up to 20%, the matrix shows the best mechanical properties.The fracture morphology was analyzed by SEM and verified the improving results with the addition of the flexible amine (D230). Then the resin casting was investigated by thermogravimetry (TG) test, its decomposition temperature i
9、s above 260, fully meeting the cabin thermal environment requirements.Then, PMI foam was used as the core material of sandwich structure, PMI/FRP sandwich materials are prepared. The mechanical properties of the structure are studied by lateral compression and three-pointbending experiment. Then the
10、 influencing factors of the mechanical properties of the structure are analyzed, the influence of glassepoxy thickness, the laminate orientation and the density of the PMI foam are discussed.Finally, one model rocket cabin was used as the background, simulating the sandwich of conical shell and cyli
11、ndrical shell with reinforcer by the finite element software Patran and the mechanical properties are analyzed. Buckling analysis was done in reinforced sandwich structure, it also explained the effects of panel thickness, angle of fiber layer and the density of PMI foam to the mechanical properties
12、 in sandwich structures .【關(guān)鍵詞】聚醚胺(D230) 有限元 PMI夾層結(jié)構(gòu) 屈曲【英文關(guān)鍵詞】Polyether amines (D230) FEM PMI sandwich structures bulking analysis【目錄】PMI泡沫殼體夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計及力學(xué)性能研究 摘要 3-4 Abstract 4 第1章 緒論 8-20 1.1 課題背景 8-10 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 10-18 1.2.1 PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用 10-11 1.2.2 PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)加筋設(shè)計研究進展 11 1.2.3 PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)的破壞模式及原因 11-14
13、 1.2.4 PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 14-15 1.2.5 夾層結(jié)構(gòu)及加筋優(yōu)化的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 15-18 1.3 本文的研究內(nèi)容 18-20 第2章 測試方法及實驗材料 20-25 2.1 實驗原材料 20-22 2.2 實驗內(nèi)容 22-25 第3章 環(huán)氧樹脂基體制備與評價 25-44 3.1 引言 25 3.2 環(huán)氧樹脂固化機理 25-28 3.2.1 環(huán)氧樹脂概述 25 3.2.2 環(huán)氧樹脂固化劑概述 25-26 3.2.3 環(huán)氧樹脂的固化機理 26-28 3.3 固化劑選擇方案 28-32 3.3.1 固化反應(yīng)的產(chǎn)物 28-29 3.3.2 固化劑比例計算 29-32 3.
14、4 紅外光譜測試 32-34 3.4.1 紅外光譜吸收原理 32 3.4.2 紅外光譜分析 32-34 3.5 澆注體力學(xué)性能測試 34-40 3.5.1 澆注體彎曲性能分析 34-37 3.5.2 澆注體拉伸性能分析 37-40 3.6 澆注體斷裂性能分析 40-41 3.7 澆注體熱重和差熱分析 41-42 3.8 本章小結(jié) 42-44 第4章 PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)制備及力學(xué)性能分析 44-57 4.1 引言 44 4.2 PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)制備 44-46 4.2.1 夾層結(jié)構(gòu)面板纖維的選擇 44 4.2.2 夾層結(jié)構(gòu)芯子的選擇 44-45 4.2.3 夾層結(jié)構(gòu)膠黏劑的選擇 45 4.2.
15、4 PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)制作工藝 45-46 4.3 PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)彎曲性能分析 46-49 4.4 PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)側(cè)壓性能分析 49-51 4.5 PMI泡沫夾層結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響因素 51-56 4.5.1 面板厚度的影響 51-53 4.5.2 面板鋪層角度的影響 53-55 4.5.3 PMI泡沫密度的影響 55-56 4.6 本章小結(jié) 56-57 第5章 殼體夾層結(jié)構(gòu)屈曲分析 57-79 5.1 引言 57 5.2 夾層結(jié)構(gòu)模型 57-59 5.3 面板的材料常數(shù)確定 59-61 5.4 夾層結(jié)構(gòu)屈曲分析 61-64 5.4.1 屈曲分析 61-63 5.4.2 夾層結(jié)構(gòu)剛度計算 63-64 5.5 夾層結(jié)構(gòu)加筋板的屈曲分析 64-67 5.5.1 加筋結(jié)構(gòu)簡介 64 5.5.2 模型建
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