摘 要

泡沫夹芯复合材料是先进复合材料的一种表现形式，它及轻质高强于一身，一般由不同材料相互粘接组合，通过利用各个组分的性能特点以达到整个系统组成的最佳性能。泡沫夹芯结构具有高比强度、质量轻、高比刚度、易成型加工成为各种复杂型面等优点,可使武器系统明显减重、增强机动性能。随着技术的不断成熟,泡沫夹芯结构广泛用于航空、航天、车辆、船舶、雷达、风力发电等领域。

本课题对不同厚度的复合材料蒙皮/PES泡沫夹芯复合材料的强度和刚度，重点是透波性能的研究，研究蒙皮厚度、不同介电性能芯材及厚度对透波性能的影响，得出以下结论：

1. 通过研究泡沫夹芯板材的弯曲性能，表明其变化规律为：当泡沫芯材厚度不变，蒙皮越薄，对能量吸收越大，造成板材底面形变量越小；当泡沫夹芯蒙皮厚度不变，随着PES夹芯厚度增加，其弯曲性能越差。
2. 通过研究泡沫夹芯板材的透波性能可知，玻璃纤维增强乙烯基树脂复合材料蒙皮的介电常数约为4.8，介电损耗tanδ为0.02，PES泡沫夹芯板材的介电常数随厚度的增加而升高，介电损耗tanδ值差距不大，约为0.0035，说明蒙皮的透波性远不如夹芯的透波性能；当蒙皮厚度相同时，夹芯泡沫越厚，其透波性能越差，随着蒙皮厚度的降低，芯材厚度的减小，泡沫夹芯复合材料的透波率将会增大。
3. 通过对比三种不同泡沫夹芯板材的透波情况，发现在三种材料整体来说透波率随频率的增大变化较大，一般在低频段透波率较大，在高频段透波率较小。

关键词：泡沫夹芯介；电性能；透波性能；力学性能

Abstract

Foam core sandwich composites is a kind of advanced composite materials, it and lightweight high strength in a body, general by different materials, bonding with each other combination, through each group with the performance characteristics to achieve whole system composed of the best performance of the foam sandwich structure with high specific strength, light quality, high specific stiffness, easy molding processing become complex surface and other advantages, can enable weapon system significant weight loss, enhance motor performanceFoam sandwich structure has high strength, light weight, high specific stiffness, easy molding processing become complex surface and other advantages, can enable weapon system significant weight loss, enhance motor performance.As the technology continues to mature, foam sandwich structures are widely used in aviation, aerospace, vehicles, ships, radar, wind power and other fields.As the technology continues to mature, foam sandwich structures are widely used in aviation, aerospace, vehicles, ships, radar, wind power and other fields.

1.The bending properties of the foam sandwich panel, indicating that the change rule: when the foam core material thickness is constant, skin is thinner, more on the energy absorption, resulting in bottom plate surface deformation is smaller; when the foam skin / core thickness is constant, with the increase of the thickness of PES sandwich, with its curved curved performance worse.

2. Through the foam sandwich panel wave transparent properties shows that glass fiber reinforced vinyl resin composite skin of the dielectric constant of about 3.8and dielectric loss tan delta is 0.02, PES foam sandwich panel the dielectric constant increased with the increase of the thickness of and dielectric loss tan delta value gap is not, is about 0.0035, skin penetration of the wave is far better than sandwich through wave properties.When the thickness of the skin is the same, the thickness of the sandwich foam is thicker, the performance of the penetration is worse, with the decrease of the thickness of the skin and the thickness of the core, the wave of the foam core sandwich composite will increase.

3.Through the comparison of the three kinds of different foam sheet through waves, found in the three kinds of materials as a whole through wave rate with frequency increasing larger and generally in the low frequency wave transmissivity ratio is larger, and in high frequency wave transmitting rate is low.

Key words: foam core sandwich；dielectric properties；wave through performance；mechanical properties

目 录

第一章 绪 论 1

1.1 透波复合材料 1

1.2 泡沫夹芯透波复合材料的性能 1

1.2.1 介电性能 2

1.2.2 力学性能 2

1.3 透波夹芯复合材料的研究进展 3

1.3.1 树脂基透波复合材料 3

1.3.2 透波复合材料的研究进展 4

1.3.3 夹芯结构复合材料 4

1.4 本课题研究意义和主要研究内容 4

1.4.1 本课题研究意义 4

1.4.2 本课题研究内容 5

第二章 泡沫夹芯复合材料的制备与弯曲性能测试 6

2.1 概述 6

2.2 实验部分 6

2.2.1 实验原料 6

2.2.2 实验过程 7

2.3 弯曲性能测试 8

2.3.1 试样试验结果的计算 9

2.4 泡沫夹芯拉弯曲性能 10

2.5 结果与分析 13

2.6 本章小结 13

第三章 泡沫夹芯复合材料透波性能研究 14

3.1 概述 14

3.2 测试原理 14

3.3 实验部分 16

3.4 HFSS模拟分析计算 19

3.4.1 HFSS模拟分析计算 19

3.4.2 HFSS模型建立及求解 20

3.5 结果与讨论 24

第四章 结论与展望 25

4.1 本文总结 25

4.2 展望 25

参考文献 26

致 谢 27

绪论

1.1 透波复合材料

透波材料是一类新兴的多功能介质材料，它集透波、高强、耐烧蚀于一体，由于其功能的特殊性，在军事领域受到极大的重视。当电磁波在传播过程中碰到某一材料（介质时，如果透过的强度大于一定的限度（＞95％），则该材料可被视为高透波材料^[1]。透波材料的应用范围非常的广泛，无论是在民用还是在军事领域都有着不可缺少的地位，与我们的生活息息相关。透波材料其实在很早以前在飞机上就得到了应用，不过由于当时的科技手段不是很发达，并没有大量的在实际中应用。随着科研工作者们深入的研究，透波材料的各种优异性能也逐步被挖掘出来，研究表明优良的透波材料一般有较小的介电常数和介质损耗角正切值，并且整体较薄，其中电常数和介质损耗角正切值这两个参数对整个材料的透波性能起着至关重要的作用，是整个体系的重中之重。随着研究的深入，学者们们将透波材料大致分为两类:一类为无机材料, 另一类为耐热树脂基纤维复合材料。其中无机材料多用于厘米波范围内，各项性能良好，可以很好的满足其使用需求。但对于毫米波则存在较大的缺点, 强度低普遍偏低、制品壁较厚等缺点。目前世界各国多选用耐热树脂基纤维复合材料作透波材料的首选，因为树脂基纤维复合材料不同于无机材料，它在满足具有优良的电性能的同时，其介电常数(ε)和介电损耗(tgδ)都很小可以很好的满足透波需求, 并且具有足够的强度与弹性模量, 是常用的透波材料。

在科学技术高速发展的今天，研究高性能透波材料已势在必行，透波性能的好坏直接影响着国家军事力量尤其是在电子战方面的强弱，无声的战斗早已打响，为了应对新型电子战的需求，就必须要提高透波材料目前的各项性能，无论是在原材料的选择上还是制备的工艺，都要求在原有的基础上提高其介电性能、力学性能以及热性能。研究表明透波材料在实际中的应用大多数情况下需要起承载作用，这就需要我们在制备过程中一定要考虑其使用的安全性，不能只一味的提高透波性能而忽视了其使用安全性，也要照顾到其各项力学性能，以保证使用的安全性。透波材料历经多年的发展，已从单一的透波材料发展到了具有透波、防腐、防热等多功能的复合材料^[2]，这是一次很大的进步，使得透波材料的应用范围更加的广泛，其所能适应的外部使用条件也有了很大的提高，大大的减少了它的局限性。因此，透波复合材料不管是在民用上还是军事领域都有着不可忽视的作用，既能带动军事力量的提升也能促进国家经济的发展，一举两得。

1.2 泡沫夹芯透波复合材料的性能

泡沫夹芯透波复合材料是一种新型的轻质、高强先进复合材料，它的出现使透波材料的种类更加丰富起来。就目前来说，泡沫夹芯结构一般是由三个部分构成，分别是两个强度和刚度较大的蒙皮和一个轻质、较厚的芯子，其中芯子一般采用的是低密度材料，使材料的抗弯曲能力有所提高，以达到轻质高强的目的。