HGB／EP复合泡沫材料界面破坏模拟研究.pdf

第39卷第9期
塑料工.业
2011年9月
CHINA PLASTICS INDUSTRY
HGB/EP复合泡洣材料界面破坏模拟研究
辛美娟,余为2,贾英国
1.中国航天空气动力技术研究院,北京100074;2.燕山大学建筑工程与力学学院工程力学系,河北秦皇岛066004
摘要:空心玻璃微珠(HGB)/环氧树脂(EP)复合泡沫材料是一种新型的结构功能双重材料,其炳种材料相互间
的黏结性能对复合材料的力学性能有较大的影响。通过设计玻璃与环氧树脂的黏结力实验測得了黏结力与变形的关
系。建立玻璃微珠与环氧树脂的数值模拟模型,采用实验所得数据在其间设置黏结单元,对六种情况下的模型施加拉
伸和压缩均布载荷进行数值模拟,考察两种材料间界面的变形和破坏情况,研究了界面破坏时复合泡沫材料所受的极
限载荷,分析了极限载荷随玻璃微珠半径及填充比的变化规律,发现其与相关文献实验结果一致。
关键词:复合泡沫材料;界面破坏;极限载荷;数值模拟
中图分类号:TQ323.5
文献标识码
文章编号:1005-5770(2011)09-0073-04
Numerical Simulation Study on Interface Destroy of FGB/EP Syntactic foam
XIN Mei-juan, YU Wei", JIA Ying
(I. China Academy of Acrospace Aerodynamics, Beijing 100074, China
2. Department of Engineering Mechanics, Yanshan University, Qinghuangdao 066004, China)
Abstract Hollow glass bead/epoxy resin(HGB/EP)syntactic foam was a new structural and function-
al composite. The adhesive property between HGB and EP had a large affection on its mechanical properties
of composite. An experiment of adhesion force was devised to test the adhesive property between glass and
EP. The numerical simulation model of this syntactic foam was established. The cohensive element was de
vised in it, which real constant was tested by experiment. Tensile and compressive load were applied on six
models. The relative deformation between HGB and EP was investigated. The limit load of interface destroy
was obtained, then, the change curves between limit load and the radius of HGB, packing ratio of HGB were
presented. The result were agreed with related literature experiments
Keywords Syntactic Foam; Interface Destroy; Limit Load; Numerical imulation
20世纪中叶,一种称为复合泡沫材料的新型结性能的影响。Pofi等考査了微珠壁厚对复合泡沫
构和功能型复合材料逐渐发展起来,它是由空心玻璃弹性模量的影响,并建立了理论模型。 Rohatgi等?
微珠填充到聚合物中形成的。目前,已经在航空航采用粉煤灰微珠制备功能梯度复合泡沫,与纯树脂相
天、交通、国防、建筑等许多领域得到运用リ。空比其弹性模量和强度增幅较大。Yu?等则研究了镀
心玻璃微珠以其尺寸小、质轻、绝热、隔音、高分镍空心玻璃微珠的电磁屏蔽情况,空心玻璃微珠与金
散、耐高低温、耐腐蚀、压缩强度高、电绝缘性和热属粉相比,密度较小,如果对其表面进行金属化处理
稳定性好等优点而广泛作为复合材料的填料使用,同改性,则有可能部分取代金属粉用于电磁波吸收或电
时因为空心微珠的加入,降低了聚合物的密度,并可磁屏蔽材料的制备。卢子兴等对此类泡沫塑料
提高复合材料的强度、尺寸稳定性、绝缘性等性能。进行了一系列实验研究,发现材料破坏主要由微珠的
在这方面国内外学者已经开展了研究工作。破裂引起,其粒径越小,玻璃微珠在材料中的分散程
upta等]采用玻璃微珠、纳米黏土和纳米纤维等度越大,界面结合也就越好,材料压缩强度增大;随
颗粒填充环氧树脂、聚氨酯和聚酰胺等制备复合泡沫着体积分数增大,材料中微珠外部空气泡的含量增
材料以及梯度材料,通过压缩和弯曲试验研究微珠半大,压缩强度降低,断裂应变减小。顾健等?研究
径、体积比对复合材料密度和弹性模量、强度等力学表明空心微珠的复合材料在玻璃化转变温度下的阻尼
河北省高等学校科学研究计划资助项目(2010166
作者简介:辛美娟,女,1978年生,主要从事轻质多孔材料方面的研究。ustbxmj@163.com