袁星英文翻译20130607课件

1、 毕业设计（论文）英文翻译 题 目 泡沫夹层结构低速冲击响应专 业 名 称 高分子材料与工程班 级 学 号 098502137学 生 姓 名 袁 星指 导 教 师 谢小林填 表 日 期 2013 年 3 月 18 日泡沫夹芯结构低速冲击响应摘要 采用仪器化落锤冲击塔对泡沫夹层结构的低速冲击响应做了大量的实验。最初，通过大量的弯曲和压痕试验对率灵敏度蒙皮和内芯的材料进行了研究。结果表明，任何条件横梁位移速率敏感性在蒙皮和所有11个泡沫材料的弯曲弹性模量上并没有表现出来。此外，压痕响应的夹层结构可以使用建模简单的压痕法，加载速率的敏感性在其参数上并没有表现出来。低速冲击测试的夹芯结构表现在若干不同

2、的故障模式。剪切断裂发生在PVC / PUR泡沫夹芯材料。相反，屈曲故障在最上层的蒙皮，而初始损伤较高的模量PVC / PUR系统在顶面的蒙皮采取了分层的形式。基于泡沫的夹层结构的弹性响应，在一个简单的能量平衡模型的基础上碰撞过程中的能量损耗被成功地用来建模。 “能量平衡模型是特别有用的，因为它可以用冲击过程中的能量来建立分区。关键词机械性能，泡沫塑料，附着力，冲击响应，泡沫夹芯结构序言随着夹层结构性能的增强，复合材料蒙皮低密度夹芯材料的发现越来越多地使用在航空航天，海洋和海洋产业。这些高性能结构的主要缺点是其相对本身抵抗力差的冲击载荷。一些研究人员已经对夹层结构的冲击响应进行了研究。 霍里根

3、等进行了实验和理论研究Nomex纤维上蜂窝夹层结构，与玻璃纤维增强环氧树脂外壳。它们表明柔软的屈服体在夹芯处会产生压痕，然而硬的部分会和抛体外形一样产生深度损伤。查尔斯和Guedra Degeorges表明，撞击点周围的凹痕深度与冲击能量同时增加，直到达到最大值。罗德进行了大量的冲击试验表明提高冲击强度的夹芯材料，可以起到增加夹层结构的耐冲击性。马哈富兹等人 通过厚度霍普金森压杆测试进行了大量的夹芯结构实验，以应变速率灵敏度这些结构的特征调查产生的故障模式对夹芯物质的影响。他们发现夹芯复合材料的应变速率灵敏度与核心的密度增加材料耐冲击性能。他们还发现，所述芯材吸收了大部分的冲击能量，同时也没有

4、迹象表明在皮芯处发生剥离 。肯尼和托雷测试和开发一种新型瓦楞夹芯板，相对传统夹层结构而言，这种结构提供了卓越的能量吸收能力。一些工人已经研究了穿孔性夹层结构。矿业等 9进行低速冲击测试，基于Coremat聚合物复合材料夹层结构板（铝材料制成的非织造聚酯毡含有50resinimpregnated的玻璃微球）和铝蜂窝芯。研究人员发现，大部分的入射能量在弹丸破碎的核心材料内立即被局部区域所吸收。矿业等也进行了大量的准静态穿孔试验，这些结构的耐穿孔性随应变速率的效果在变形区的几何形状和速率的影响主要在于改变复合材料蒙皮。低速冲击后测试了一些泡沫的夹芯和轻夹芯结构，坎特维尔等得出的结论是。蒙皮是这些能量

5、吸收的主要影响因素。一些研究人员曾试图模拟夹层结构的动态响应。Abrate概述了能源平衡模型的入射能量等同于弹丸在弯曲和剪切变形上储存的能量，并能用于创建在接触区域局部变形。Ambur和克鲁兹一阶剪切变形理论模型复合材料低速冲击响应面板。孙吴用剪切变形板有限元模拟复合在冲击加载的夹层结构的外观。本实验的目的是通过Abrate开发并应用类似的能量平衡模型进行概述，以预测冲击响应的泡沫夹芯结构。通过改变入射能量的落下冲击，以及在泡沫夹芯的属性对模型进行准确的研究。实验步骤在本研究的过程中，对11个夹层结构进行评价。复合是基于蒙皮上编织玻璃纤维的酚醛树脂（PN90044-43从Stesalit有限公

6、司，瑞士）。用一把锋利的剃刀刀片将预浸料坯帘布层切割为200毫米190毫米的模具的形状。然后用帘布层包裹聚乙烯膜并且将其放置在一模具中。在热压机中，在125下固化的复合在0.7巴的压力下，120分钟左右得到一个近似的厚度为1mm的板。制造好复合材料板试样后，对泡沫夹芯外表面进行磨擦，以便改善泡沫芯材的粘合性。用以纯洗涤并清洁蒙皮，以消除任何在打磨过程中产生的粉尘。 提供11个不同的泡沫尺寸为1500毫米10毫米厚的薄片，1000毫米。泡沫体中提供的三个主要等级，这些线性聚氯乙烯聚氯乙烯（PVC）泡沫，聚醚酰亚胺（PEI）泡沫和PVC/ PUR泡沫。该数据清楚地表明，拉伸强度和这些泡沫材料的剪切

7、模量在很大程度上依赖于密度。泡沫体的拉伸弹性模量从28兆帕为40 kg/m3的PVC / PUR变化为200kg/m3至178兆帕PVC/ PUR泡沫。类似的变化是明显的剪切模量（G）。泡沫板切割的复合面的尺寸相同，使用的频带锯和压缩空气供给的片材是用来去除在切削过程产生的灰尘。使用环氧树LY5082环氧树脂与环氧树脂AY103硬化剂的粘接剂键合到聚合物泡沫芯的复合蒙皮，冷却12个小时适用于皮肤和夹芯材料和所得到的结构。将固化后的夹芯板切成尺寸190优惠券毫米20毫米的测试做准备。 表1 泡沫材料的性质和特性使用仪器落锤冲击塔进行冲击试验，具体过程是，一个1.98公斤重10毫米直径的半球形压头

8、从1.0米高度的塔滑下来，以减少任何摩擦运输过程中产生的下降。在0.1的范围内的入射冲击能量1.94 J的实现通过改变跌落高度。该标本支持两个10mm直径的钢瓶的直角转动，如在图1中示出影响后，马上改为手动，以避免二次冲击。 “在正上方冲击器尖端使用压电电负载细胞位。从负载单元的信号，然后输入到用电脑记录的应变计放大器。 图1 冲击试验安排示意图在接触本地的冲击点的变形中这很可能会对夹芯结构吸收大量的能量造成影响。在这项研究中，大量的压痕试验通过使用Instron4505机械试验机在十字头位移率进行0.2，1，10和100毫米/分钟。泡沫夹芯梁的压痕试验尺寸为2002012立方毫米放置在实心钢

9、的上面。接触式位移测定通过使用一个连接到10毫米直径的半球状的引伸压头和上表面的夹层结构的夹层标本，记录冲击试验过程中的冲击能量。所施加的载荷P在压痕试验和所得到的的压痕，被假定为服从概括压痕法的形式其中C和n是常数。负载压痕数据被装配到这种关系，得到n和C的值，为每个十字头位移率。对11泡沫材料的率灵敏度进行了研究，三点弯曲尺寸200 X20平方毫米这是相同的结构，对样品的测试过程中使用的夹层结构上的冲击试验。泡沫梁支持10毫米直径的圆柱滚子定位175毫米，除了如在图2（a）所示。该泡沫梁集中在横梁位移速率1，10，100和1000mm / min和挠曲模量，Ef中，被确定为一个函数的中心偏

10、转，试样宽度；B，支撑跨度；L，光束的厚度； 图2（一）三个点的测试设置和（b）本SENB简图，标本最后，研究了泡沫体的断裂特性使用单一边缘槽口在图2（b）所示的弯曲部（SENB）样品。梁尺寸1202510立方毫米切板使用的手锯。通过新鲜的剃刀刀片的切口沿根削尖，一个12毫米长的预制裂纹在跨中显示出来。 “标本10毫米辊定位100 mm处定位和加载在十字头位移速率为10毫米/分钟。继SENB测试，负荷 - 位移的曲线进行了整合，消耗的能量在断裂。这些值分别为归一化得到的区域的断裂，得到每个冲击的断裂点。能量平衡模型使用的能源平衡模型模拟的夹层结构的冲击响应。这里，假设目标在撞击事件和准静态响应

11、目标的动能被吸收，弯曲，剪切和接触效应的变形使得：其中下标b，s和c是指能量耗散的弯曲，剪切和联系效果，分别给出的力 - 位移关系，P - ，一个泡沫夹层结构作为参考 其中G是的泡沫芯材的剪切弹性模量，L为跨度时，D为抗弯刚度对皮肤和A，一个几何参数的夹芯和蒙皮的厚度取决于材料和波束宽度。用于弯曲的方括号帐户中的第一项蒙皮和第二个任期的剪切效应的夹芯。吸收的能量在弯曲和剪切作用，在最大移处，位max最大载量，Pmax是等于 联系方式影响进行了模拟使用了Meyer接触法，其中涉及的缩进，所施加的载荷P，通过 其中，C和n是由实验确定的常数。影响冲击损伤吸收的能量为 根据动量守恒定律，因此 一旦蒙

12、皮和核芯材料的属性已经被确定，该方程可用于预测的最大冲击力，Pmax时，对于一个给定的冲击能量。在这项研究中，一个电子表格中使用的是右手侧上的冲击力。（6）为增加，直到两侧的方程是平等的。结果与讨论蒙皮和夹芯材料对加载速度的敏感性夹芯梁进行冲击试验之前，对速度灵敏度的复合材料蒙皮进行简单的梁状弯曲试验的样品泡沫芯材进行了评估。显然，因为沿样品的长度而变化的影响，这是不理想的几何应变率。然而，三个测试点进行简单（特别是对泡沫材料）及测试配置是类似的采用为低夹层结构的速度冲击试验。弯曲弹性模量的变化的复合皮与十字头位移速率的图3中所示。很显然，在弯曲弹性模量的玻璃纤维增强的外皮不随加载速率与值的外

13、汇基金平均约29 GPa时所有的横梁位移速率。类似观察已在别处以下的玻璃纤维增强复合材料测试。这些结果表明，准静态的弯曲弹性模量的值可以被用在能量平衡模型预测冲击响应的夹层结构。 图3 与十字头的复合材料蒙皮的挠曲模量的变化位移速率四个泡沫材料的率灵敏度如图4中所示。标准偏差为清楚起见，已被删除。检查的数据表明，表现出的速度不敏感的响应在四个系统的弯曲弹性模量保持恒定的超过三个。 图4 四个泡沫系统与十字头的抗弯弹性模量的变化位移速率剩下的七个泡沫夹层结构的柔性测试取得了类似的趋势，这些明显图4与所有系统的挠曲模量保持恒定的范围内对条件考虑。图4和表1中的数据的比较表明弯曲模量为200 kg/

14、m3的PVC / PUR系统是超过20，高于其拉伸模量。虽然这样做的原因目前尚不清楚一些变体中的测量和观察援引密度值。图5示出的弯曲弹性模量的变化与实际（测量）的密度，在十字头位移速率1的泡沫毫米/分钟。有趣的是，所有的数据说明在材料的类型上大约是同一类型。这表明它是泡沫的密度，P，即detennines这些泡沫材料的挠曲模量，泡沫芯在这机械性能方面仅具有次要的影响。一种线性曲线拟合被施加到图5中的数据，产生的形式关系为 Ef = 0.96 - 24.3 (MPa) 图5的聚合物泡沫材料的弯曲弹性模量的变化的密度在十字头1毫米/分钟的位移速率泡沫断裂的介绍 SENB测试进行了表征11材料的韧性

15、特性。据观察，所有的线性PVC和PEI样品的失败在一个稳定的断裂模式与裂纹传播以控制的速率通过泡沫样品。相反，所有的PVC/ PUR样品的失败在一个不稳定的模式产生了满载排水量曲线与锯齿形的外观。尝试分析SENB数据使用线性弹性断裂由于高水平的非线性观察到的力学方法证明无果，而终负载位移跟踪和试样尺寸的要求难以满足概述在ASTM D5045-91。相反，则韧性的所有系统，其特征在于由确定断裂，Wf的，而图6的工作，显示了11个泡沫的属性系统的断裂特性的，有一个显着的变化，这是显而易见泡沫Wf的变化从约50 J/m2密度最低的PVC / PUR系统3750 J/m2140 kg/m3的密度与用于

16、线性PVC。注意到有趣的是，出现断裂功增加泡沫塑料的密度以线性方式增加。从图中，它也很明显，线性PVC泡沫，执行其他的两个系统的PVC / PUR混合呈现最贫穷的断裂性能。 图6 11个泡沫材料的断裂的综述压痕夹层结构的特点图7示出了在0.2毫米/分钟测试的四个泡沫系统的典型负载压痕曲线。显然，负载压痕力增加的斜率与泡沫的密度与有效为200 kg/m3的系统的约4倍，50梯度的曲线kg/m3的线性PVC材料。注意有趣的是，以下初始缩进阶段负载压痕三个的泡沫的痕迹是相对线性的检测制度考虑。与此相反，密度最低的系统的斜率的增加而减少缩进表明一些破碎或故障可能发生在压头在测试过程中。初始区域的非线性

17、负载压痕痕迹在几个归因于试验机的合规性和轻微的缺乏适合在测试夹具。 “从负载压痕曲线的数据随后被用于确定缩进常数C和n的迈耶压痕法。 图7 在0.2 mm / min的压痕试验之后的典型的负荷 - 位移的痕迹表2总结了接触参数C和n，在十字头的位移速率为0.2毫米/分钟。要注意有趣的是检查该表表明，在这项研究中，n的值是接近于这表明负载压痕痕迹相对线性的大量的系统检查。但是，这几个最低密度的系统中（结构1，4和6）提供，显着低于单位的n的值。C的值在表2中显示出很强的依赖性的类型的泡沫。其密度，在一般情况下，C的值较高于的PVC/ PUR泡沫，倾向于增加泡沫的密度。 表2 泡沫材料的接触性能的

18、概要图8示出的速率n为4的夹心结构的值的敏感性。“标准偏差已被省略，以提高图的清晰度。从数据来看，显然，n的值似乎并没有表现出任何明显的灵敏度十字头位移速率。事实上，当标准偏差都包括在内，这是显而易见的，趋势是平建议，这个参数是不敏感的负荷率。类似观测时做了评价的参数C的速率灵敏度，导致的结论是，所有的泡沫体的压痕响应一般rateinsensitive这里的测试条件考虑的范围内。再次，这方面的证据表明静态确定的值，可以用在上Meyer常数，C和n能源平衡模型。 图8 n为4的泡沫率灵敏度接触的参数夹层结构的冲击响应图9示出了两个与冲击能量的最大冲击力的变化线性PVC泡沫。图为增加50千克泡沫的

19、数据显示，最初的崛起冲击能量达到一个高原之前，在约170 N.撞击后检查能量超过0.4的样品表明，所有样品失败的结果的顶表面逆流蒙皮的故障直接撞击点下。这很可能是低密度（模数）泡沫复合蒙皮影响下并没有提供重大支持加载条件。正如预期的那样，泡沫的密度为140 kg/m3的增加导致了对于一个给定的入射能量的增加所测得的冲击力。很显然，曲线对应到140 kg/m3的系统中继续上升超检查的能量范围在这里。屈曲发生在顶表面纤维的形式的初始故障的冲击能约1.4 J.图9中的实线对应于所提供的预测能量平衡模1mm/min时能确定的机械性能。模型和实验数据之间的协议是非常好的，甚至在接近损伤阈值能量。相比之下

20、，之间的协议2006年5月第2卷第9页，15 DOI：10.2240/azojomo0207，南昌恒香港大学（218.65.113.229） - 2013年3月22日下载马里兰州阿基洛夫和W.J.坎特维尔Hazizan模型和实验结果中50 kg/m3的速度迅速恶化。这个相关结果与这个结构形成低损伤阈值能量。 图9所示 两个线性PVC的最大冲击力与冲击能量的变化泡沫，图中箭头表示的损伤阈值的能量和实线表示的能量平衡模型的预测 两个PEI泡沫，图10中的最大的力的数据的趋势是相似的中观察到的线性PVC泡沫。在这里，60 kg/m3的趋于稳定在约300 N（在能量1焦耳以上）。这两种都未能在最佳的蒙

21、皮屈曲失效的得出结果。这将在下面的章节中进一步讨论。在这里，在这些结构中的损伤启动所需能量低于模型及实验数据是非常好的。 图10 两个线性PEI的最大冲击力与冲击能量的变化泡沫。图中箭头表示的损伤阈值的能量和实线表示的能量平衡模型的预测图11示出的冲击力，PVC/ PUR泡沫图示两个数据的最大值的基础上稳步增加55 kg/m3的影响力，直到约1.4当大剪裂缝传播的所述芯材的厚度。事件影响能量也导致了类似的故障模式的最大冲击力约与此相反，300 N的下测得的冲击力在200 kg/m3的PVC/ PUR夹层结构考虑的能量范围内持续上升。图中的实线表明了一个简单的能量平衡模型能够预测的最大影响迫使一

22、个给定的入射能量。 图11 两个线性的最大冲击力与冲击能量的变化PVC/ PUR泡沫。箭头指示的损伤阈值的能量和实线代表的能量平衡模型的预测 图12显示了影响0.4后，在所有11个泡沫录得的最大冲击力作为一个函数的剪切模量，G，泡沫芯。图中的数据表明，最大力量趋于增加剪切模量的增加，倾向于在之前值较高的G。事实上，最大的影响在密度最高的三个中（剪切模量和最高）大致相等。图中包括energybalance的预测变化与G假设的P值3.1105 N /分钟C和N和1.09。显然，影响数据出现松散的原因是跟风预测影响模型。 图12 0.4的最大冲击力，剪切模量的变化的影响。图中包括预测假设值3.110

23、5 N /分钟C和N和1.09能量分配为了更好地了解影响的原因，能量平衡模型用于分区的夹层结构中的能量。小部分的能量消耗在弯曲，剪切式接触。（6）确定的冲击能量范围内。图13（a）表示对应的PVC / PUR泡沫，其标称的能量吸收的档案密度为55 kg/m3。大约50的入射的冲击能量被吸收剪切作用于低密度内核。请注意，只有16的冲击能量的滑架吸收在碰撞过程中的夹层梁弯曲。它也很清楚，能量吸收的冲击能量的范围内是相对平坦的，这表明入射冲击能量的分布不随冲击条件改变而改变。相反，接触效果代表主要的供能吸收过程在较高的密度200 kg/m3的PVC / PUR中，如图13（b）条。顶面压痕效果占20

24、06年5月第2卷第11页，15 DOI：10.2240/azojomo0207，南昌恒香港大学（218.65.113.229） - 2013年3月22日马里兰州阿基洛夫和W.J.坎特维尔Hazizan为45和50之间的剪切效应指的弹丸的冲击能量，而只有21-25的入射能量。类似的能源消耗，在这项研究中的泡沫夹层机构获得了所有的配置文件，并且该信息被用于研究效果不同的泡沫密度的能量吸收的档案。图14示出的能量六个PVC / PUR泡沫耗散的档案进行的冲击能量的0.4 J.数据已被绘制为测得的密度的函数，而不是制造商的的数据。显然，有一些数据分散，是由于小的变化的效果，即在蒙皮的厚度和压痕常数的变

25、化。该图清楚地显示夹芯剪切，能量耗散的迅速减小，泡沫的密度增加。该弯曲随着泡沫的密度增加而增加能量消耗。证据还表明，接触效果上的能量损失也随着泡沫密度的增加而增加。 图13 吸收能量，PVC/ PUR泡沫破裂的预测：（一）与密度为55 kg/m3的：（二）200 kg/m3的 图14 密度不同的泡沫损失的能量也不同，标C，B和S参考联系，弯曲和剪切夹层结构的失效模式损伤之后，使用一个低功率光学鉴定显微镜下寻找在样品中的故障模式。表3总结了样品中的主要故障模式影响在只是初始损伤阈值以上的能量。从表中很明显看出11个夹层结构中观察到的故障模式，在所有三个初始故障基于线性PVC泡沫夹层结构的屈曲失效的形式在夹芯结构最上面的蒙皮。观察到类似的故障模式，在这两个基于PEI的夹层结构，材料4和5。初始故障的结构如图6和7所示，即基于密度最低，PVC/ PUR泡沫