新型拉挤成型复合材料夹芯板材及其力学性能研究

Pultruded composite sandwich panels (PCSP) with web core have wide application prospect in civil engineering and ocean engineering, because some advantages such as lightness, high strength, corrosion stability, stable quality and continuous production. However, when referring to the pultrution process and mechanical performance of the PCSP, it is short of systematic research and deep discussion. In this project, the study on the key problems of pultrution process and mechanics behavior of PCSP through experimental investigation, numerical simulation and theoretical modeling is planned. The main contents include three parts as follows: (1) study on the key problems of pultrution process that selections of processing parameters, interface treating method and connection mode of cores, and its effects on mechanics performance of PCSP, (2) study on the mechanics behavior, influencing factor and rules of PCSP through finding and solving governing equations that is based on high-order sandwich panel theory, samples testing and finite element analysis, and (3) study on the calculation method of bearing capacity based on analysis of failure mode and mechanism, and design method of PCSP in applications of bridge decks.

拉挤成型的带肋复合材料夹芯板材，既具有轻质高强、受力性能好、耐腐蚀及质量稳定等优点，又可实现大规模的工业化连续生产，在土木工程及海洋工程基础设施建设中具有显著应用优势。但其拉挤成型工艺及基本力学性能的研究均较少，是目前迫切需要研究的问题。 本项目拟以带单向肋的复合材料夹芯板材为研究对象，对其拉挤成型工艺中的关键问题和基本力学行为进行理论和试验研究，揭示其受力机理并提出计算方法。主要包括：1）研究拉挤成型工艺的关键问题，即工艺参数、界面增强方式和芯材续接方式的选取及其对板材力学性能的影响；2）研究带肋复合材料夹芯板的受力机理，基于高阶夹芯板理论建立其基本方程，通过理论求解、构件试验和有限元模拟揭示板材的受力特点、主要影响因素及其影响规律；3）研究该板材的失效模式及失效机理，基于失效模式的判别，提出其承载力计算方法，并以桥面板为工程应用背景，提出其工程应用的设计和优化方法。

中文摘要(对项目的背景、主要研究内容、重要结果、关键数据及其科学意义等做简单概述，800字以.拉挤成型的复合材料夹芯板材，既具有轻质高强、受力性能好、耐腐蚀及质量稳定等优点，又可实现大规模的工业化连续生产，在土木工程及海洋工程基础设施建设中具有显著应用优势。本项目对其拉挤成型工艺及基本力学性能进行了系统的研究。.（1）完成了复合材料夹芯板材拉挤成型工艺研究，确定了关键技术参数（拉挤速率、模具温度）的具体取值，实现了复合材料夹芯板拉挤成型制造。成功制造了三种不同截面尺寸的夹芯板材。完成了拉挤成型夹芯板材的双悬臂梁试验和裂纹扩展试验，得到木芯材与GFRP面层之间界面上的应变能释放率，并与真空导入成型夹芯板进行对比，确定了合理木芯表面处理方式。.（2）完成了拉挤成型复合材料夹芯板的受力机理研究。对两种不同截面形状和尺寸（150×50mm矩形截面以及600mm×80mm两侧带槽截面）的拉挤成型夹芯板进行了弯曲性能试验研究，发现其主要破坏模式包括上面层压溃破坏、侧面腹板剪切破坏两种主要形式。基于平截面假定，夹芯板弯曲分析力学模型，并建议了等效抗剪刚度的取法，采用铁木辛柯梁理论分析了夹芯板挠度变形。.（3）基于失效模式提出了与之相对应的承载力计算方法。建立力学分析模型和有限元分析模型，分析了截面应力的分布规律，针对面板压坏及腹板剪坏提出了相应的承载力计算方法。同时设计了拉挤夹芯板材拼装式桥面板，并对其在不同车轮荷载下的失效模式进行了分析测试，结果表明所设计的桥面板可满足公路一级荷载使用要求。.（4）完成了拉挤成型木芯复合材料组合柱的轴心受压性能研究，通过不同长细比组合柱的轴心受压试验以及理论研究，分析了短柱承载能力及中长柱失稳特性，并提出了基于不同长细比的柱子轴压设计曲线，并且在南京玉竹楼项目中得到应用。.