对于复合材料面板:
设计外加载荷 设计载荷 " 式中: %&’()%&%*———考虑湿热影响载荷放大系数。 芯子应有足够的厚度(高度),以保证夹层板有足够的总体弯曲刚度和小的胶
接面剪应力,以保证在“设计外加载荷”下,夹层板不发生总体失稳和挠度过大,并保证不发生胶接面剪切破坏。 "芯子应有足够的弹性模量和平压强度,以及足够的芯子与面板平拉强度,以保证在“设计外加载荷”下,面板不发生起皱失稳。 芯格形状由结构形状和纵向与横向剪切应力比(强度比)确定。芯格尺寸要保证在“设计外加载荷”下芯格壁不失稳及面板不发生格间塌陷(即格内面板失稳)。
应尽量避免夹层结构承受垂直于面板的平拉或平压局部集中载荷,以防止局部芯子压塌或镶嵌件拉脱;当此类集中载荷不可避免时,应采取措施,将其分散到其他承力件上。
%胶粘剂必须具有足够的胶接强度(主要考虑面板与蜂窝胶接平拉强度和剥离强度),同时还要考虑耐环境性能和老化性能。 &对雷达罩、客舱内装饰件等有特殊要求的夹层结构,面板、芯子和胶粘剂选择必须考虑电性能、阻燃、毒性和烟雾等特殊设计要求性能。 ’碳纤维层合面板与铝蜂窝芯子胶接面要注意防止电偶腐蚀问题。(通常用一
层玻璃纤维布将两者隔离开再胶接在一起)。根据夹层结构设计准则,建立夹层结构强度条件如下: (面板强度条件
•应变准则设计外加载荷下的面板工作应变 )应小于或等于面板冲击损伤容限
控制的设计许用应变[)]+, -. )+, -. [ )]+, -.
•应力准则设计外加载荷下的面板平均工作应力, * +,-. "(或 ++,-. "。)应小于或等于面板设计许用应力[*]+, -.(或[+]+, -.)
* +, -. [*]+, -.
式中: * +, -. ———设计载荷作用下面板平均工作应力;
———考虑湿热影响的载荷放大系数,取值(%&’( )%&%*)由设计确定。 蜂窝芯子强度条件
•平压或平拉强度条件平压或平拉工作应力取有限元分析结果芯子型心处应力,:乘以大于 %的修正因子 /应小于或等于许用平压或平拉应力[* /]
* 0/ [* /]
式中: * 0 ———芯子型心处正应力(有限元分析得);
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" %&’(%&———修正系数,与有限元计算时芯子分割“层”数及外载荷边界条件有关;当芯子作为一个单层,且夹层板只有单面法向分布载荷时,近似取 " (%&;]为芯子许用平压或平拉强度,
["由试验确定的许用值。
•剪切强度条件芯子剪切强度条件是工作剪应力 " )*和 " +*应小于或等于修正的
许用剪应力。
" )* [ " )*),&% -" +* [ " +*],&% -
式中: " )*为纵向())与厚度方向( *)面内剪应力; " +*为横向( +)与厚度方向( *)面内剪应力。
由于许用剪应力[" )*]和[ " +*]与芯子厚度有关,故应进行厚度修正或用实际高度芯子试验值确定。在设计分析中常用一个修正因子修正。为保守起见,建议取修正因子为 &% -,得上式。
至于夹层结构刚度条件应根据不同机种、不同结构、不同部位,提出不同的刚度要求,由设计确定。
二、夹层结构材料选择
夹层结构材料主要指复合材料面板材料、芯子材料和胶粘剂。复合材料面板有关内容已在第 .章讨论过了,故现主要讨论芯子材料和胶粘剂选择。
()芯子选择芯子有蜂窝芯、泡沫芯、波纹板芯等,蜂窝芯用的最多。蜂窝芯有铝蜂窝、玻璃纤维蜂窝、 /0123蜂窝等。从材料相容性考虑,目前复合
材料面板夹层结构多选用 /0123蜂窝;从电磁波透波率考虑,雷达罩选用玻璃纤维蜂窝;铝蜂窝芯与碳纤维复合材料面板有电偶腐蚀问题,要谨慎应用。蜂窝芯形状、壁厚、格子边长一密度、强度和刚度品种繁多,应根据结构、载荷、工艺性等要求进行选择。夹层结构用的胶粘剂可分为:板芯胶(面板与蜂窝芯粘接胶)、芯子与骨架元件(如:梁、肋)粘接胶、芯子拼接胶三类。由于使用位置和使用要求不同,对胶粘剂的要求也不同。板芯胶是重要的常用胶,是与板一板胶不同的另一类胶粘剂。板芯胶选用考虑以下几点要求: 具有优良的“填角成形”能力,即在芯子与面板贴合处易形成胶瘤,以获得足够
的胶接强度; 具有良好的“间隙填充”性能,即适应芯子的容差,无附加粘接强度补偿要求; %具有优良的韧性,即在静载、动载下板芯胶接面有优良的抗剥离的能力(高的
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剥离强度),其耐久性应大于夹层结构使用寿命; 具有良好的工艺性。易制成胶膜、固化过程挥发分少(或无挥发分)、固化压力适中(与芯子承压能力相适应)等; "具有优良的耐环境(湿热)性能和老化性能。
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