蜂窩夾層結構復合材料

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1、1.1.夾層結構一種復合構造的板、殼結構，它的兩個表面由很薄的板材做成,中間夾以較輕的夾芯層。前者稱為表板,要求強度高；后者稱為夾層，要求重量輕。第二次世界大戰(zhàn)時,為了充分利用木材資源,英國的“蚊式”轟炸機上就采用了全木質(zhì)夾層結構。一般夾層結構用于機翼、尾翼、機身、箭體、箭頭、減速板、發(fā)動機短艙、隔音裝置、防火隔板等。與薄壁結構的薄蒙皮相比，夾層板的厚度大得多，抵抗失穩(wěn)能力強，重量還可減小，而且表面光滑，氣動外形良好。但它的制造工藝復雜，工藝質(zhì)量又不易檢驗，所以應用受到限制。夾層結構表板的材料有鋁合金、不銹鋼

2、、鈦合金和各種復合材料。夾層材料有輕質(zhì)木材、泡沫塑料等，也可用金屬材料或復合材料制成波紋板夾層或蜂窩型夾層（見蜂窩結構）。夾層與表板一般用膠粘結在一起,也可用熔焊、焊接連接,形成整體。在總體受力分析中，認為上、下兩表板只承受表板面內(nèi)的拉、壓力和剪切力,不能承受彎矩和扭矩,而中間夾層只承受垂直于夾層中面的切力。夾層結構與一般板殼結構受力分析的唯一差別在于撓度計算中除了考慮彎曲力矩產(chǎn)生的撓度外，還要考慮剪力的影響。夾層結構的兩表板之間距離較大，所以夾層結構的彎曲剛度比一般板殼結構大得多，失穩(wěn)臨界應力顯著提高。夾層

3、結構自身不用鉚釘,免除了釘孔引起的應力集中,提高了疲勞強度。夾層結構與相鄰結構的連接較為復雜，夾層本身的局部接觸強度較弱,又需承受連接的集中力,因此必須妥善進行接頭設計。輕質(zhì)夾芯高強度面層1.1.類型、特點及應用類型：按面層分類：玻璃鋼、金屬、絕緣紙、膠合板、塑料板等按芯層分類：泡沫夾層結構、波板夾層結構、蜂窩夾層結構等。特點：泡沫夾層結構的夾芯材料是泡沫塑料其質(zhì)量輕、剛度大、保溫隔熱性能好。但是強度不高蜂窩夾層結構的夾芯材料是蜂窩材料(玻璃布蜂窩、紙蜂窩、棉布蜂窩等)特點：質(zhì)量輕、強度大、剛度大應用：構件尺

4、寸較大、強度要求較高的部件。如圖：波板夾層結構波板夾層結構的夾芯材料是波紋板(玻璃鋼波紋板、紙基波紋板和棉布波紋板)。特點：制作簡單，節(jié)省材料，但不適用于曲面形狀的制品，質(zhì)量輕、剛度大。2.蜂窩夾層結構2.1.概念性說明蜂窩夾層結構是復合材料的一種特殊類型。由于這種輕型結構材料具有最優(yōu)比強度、比剛度、最大抗疲勞性能、表面平整光滑等特點,已在中國航天領域得到較為廣泛地應用。蜂窩夾層結構實質(zhì)上是由3種基本材料組合而成的復合材料,這為結構人員提供了廣泛改變參數(shù)以滿足設計技術指標的可能性。目前在型號任務中最常用的為鋁

5、面板-鋁蜂窩夾層結構、碳纖維面板-鋁蜂窩夾層結構、玻璃鋼面板-玻璃鋼蜂窩夾層結構、芙拉纖維面板-凱Nomex蜂窩夾層結構等,其特點是結構較為復雜,外形尺寸精度要求高、工序內(nèi)容多、研制周期長。其輕質(zhì)高強的特點在研制、、試驗裝配和搬運過程中容易出現(xiàn)各種損傷。文章結合研制生產(chǎn)實踐,分析了蜂窩夾層結構復合材料的幾種主要破壞模式,從而可采取相應措施,防止各種損傷破壞,提高產(chǎn)品質(zhì)量。2.2.蜂窩夾層結構的組成蜂窩夾層結構由3個元件組成：1)一對薄而強的面板,以承受軸向載荷、彎矩和面內(nèi)剪力;2)厚而輕的蜂窩芯子,它將上、下

6、面板隔開,以承受由一個面板傳遞到另一個面板的載荷和橫向剪力;3)膠粘劑,它能將剪力傳遞至蜂窩芯子和由蜂窩芯子傳遞只面板2.3蜂窩夾層結構常用面板材料、蜂窩芯材和膠粘劑2.2.1.面板材料面板的主要功能是提供要求的軸向彎曲和面內(nèi)剪切剛度,以承受軸向彎曲和面內(nèi)剪切載荷,在衛(wèi)星結構中,面板常用預浸樹脂石墨纖維單向帶或織物,也有采用鋁合金面板或玻璃鋼面板等,面板的選擇按實際使用要求選定。2.2.2.蜂窩芯子蜂窩芯子形狀主要采用正六邊形。航天結構中的蜂窩芯子材料一般采用鋁蜂窩芯子、Nomex蜂窩芯子及玻璃鋼蜂窩芯子。2

7、.2.3.膠粘劑膠粘劑是蜂窩夾層結構復合材料研制生產(chǎn)中的重要材料,它對蜂窩夾層結構復合材料的力學性能和制造工藝性能有一定影響。為此對膠粘劑的主要性能提出了各種要求,主要有空間環(huán)境條件下性能穩(wěn)定性、較好的綜合力學性能、工藝性能好、使用方便,同時在現(xiàn)有儲存條件下儲存期不低于6個月。對于蜂窩夾層結構復合材料不同的使用部位和不同的要求,可選用下列各種膠粘劑:1)結構膠粘劑—用于面板和蜂窩芯子膠接;2)泡沫膠粘劑—用于蜂窩芯子與預埋件膠接、局部填充和加強;3)拼接膠粘劑—用于大面積蜂窩芯子的拼接;4)灌注膠粘劑—用于蜂

8、窩夾層結構件成型后鑲嵌件的后埋;5)膠接熱管膠粘劑—用于蜂窩夾層結構件中的熱管膠接。2.3.蜂窩夾層結構復合材料力學性能特性蜂窩夾層結構的主要特點是上、下面板的材料厚度一般情況下均相同,而且比蜂窩芯子高度小得多,面板材料的強度和剛度一般均較高。根據(jù)夾層板力學分析基本理論,其主要力學性能特征如下:1)彎矩主要由面板承擔。蜂窩夾層結構復合材料由面板承擔的彎矩要遠大于由芯子承擔的彎矩;2)面板中的應力沿厚