热预应力碳纤维增强复合材料格栅芯材的制造与表征

摘要整理

高性能夹芯结构在航空航天应用中具有重要价值，新型轻质材料和结构是当前研究热点。本工作设计了一种新型高性能碳纤维增强复合材料（CFRP）芯材，作为传统周期性棱柱芯材的替代方案。该创新芯材采用二维紧密堆积的圆形单元阵列设计，通过在特定位置连接预浸料波纹层板制造而成。波纹层板按非对称铺层顺序堆叠，在芯材内部产生残余热应力，以增强能量吸收和压缩性能。采用单胞有限元模型数值研究了芯材内残余热应力分布，验证了非对称铺层对力学性能的正贡献并研究了单胞失效机制。制造了复合材料芯材样品，通过面外压缩、面内压缩和梁弯曲试验评估其力学性能。与传统铝蜂窝芯材相比，比结果显著提升：比压缩强度提高84.6%，面内压缩模量提高500%以上，比能量吸收提高145%，剪切强度提高20%以上。有限元模型与实验压缩结果的对比验证误差低于10%。研究表明该芯材适用于新型高性能夹芯结构应用，相比传统芯材具有多项优势，包括更高的比性能、复杂夹芯结构的可制造性以及与CFRP面板更好的粘接性和相容性。

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