一、蜂窩夾層結構復合材料簡介
蜂窩夾層結構復合材料是復合材料的一種特殊類型。由于這種輕型結構材料具有優比強度 、比剛度 、大抗疲勞性能 、表面平整光滑等特點 ,已在航天領域得到較為廣泛地應用 。蜂窩夾層結構實質上是由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以滿足設計技術指標的可能性 。目前在型號任務中常用的為鋁面板 - 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、 凱芙拉纖維面板 - 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 、工序內容多 、研制周期長 。
二、蜂窩夾層結構復合材料的組成
蜂窩夾層結構復材由 3 個元件組成 :
1、一對薄而強的面板 ,以承受軸向載荷 、彎矩和面內剪力 ;
2、厚而輕的蜂窩芯子 ,它將上 、下面板隔開 ,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
蜂窩夾層結構復合材料
三、蜂窩夾層結構復合材料的力學性能
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、面板中的應力沿厚度接近均勻分布 。由于蜂窩夾層結構復合材料的面板很薄 ,面板中的大應力與平均應力相差很少 ,面板中的應力可認為沿厚度接近均勻分布 ;
3、橫向剪力主要由芯子承擔 。蜂窩夾層板受載時會產生彎矩和垂直板面的橫向剪力 ,由于面板很薄 ,能承擔的橫向剪力不大 ,橫向剪力主要由芯子承擔;
4、通常不能忽略芯子的橫向剪切應變 。由于蜂窩夾層的芯子的橫向剪切彈性模量不大 ,因此橫向剪切應變不能忽略 ;
5、芯子具有支持面板避免失穩的作用 。蜂窩夾層板的芯子將提供薄面板的橫向支承 ,避免面板的局部失穩 。
四、蜂窩夾層結構復材的特性及應用
蜂窩夾層結構復材的應用是在我們生活的各個方面,其多的還是應用于航空航天事業上。首先介紹蜂窩夾層結構復材的基本特性:
1、質量輕,比強度高,尤其是抗彎剛度高。同質量的蜂窩夾層結構復合材料其抗彎剛度約為鋁合金的5倍。
2、有極高的表面度和高溫穩定性,易成型且不易變形。它不僅能制造成平面面板而且可以制造成單曲、雙曲面板,制成車輛零部件后拆裝更為方便。
3、優良的耐腐蝕性能、絕緣性和環境適應性。可適應鐵路動車組和客車各種惡劣的運用環境;另外,根據需要這類板材可以采用表面噴漆或者表面粘貼防火板處理,達到良好的裝飾性、防火性。
4、獨特的回彈性。可吸收震動能量,具有良好的隔音降噪效果,所以在民用上對于隔音減震有很大幫助。
5、防火等級高。在遭遇火災后煙密度符合高等級的國際鐵路防火標準,具有良好的自熄性;放熱值較低,能夠形成耐火層,能降低釋放出的煙霧和有毒氣體,具有良好的環保性能。
6、優異的成型制造工藝性。可滿足鐵道車輛內部零件形狀復雜、穩定性高的要求。
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