复合材料夹层结构分析.ppt

第五章夹层结构设计Designofsandwichstructure夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的芯子胶接而成。具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲劳、吸音和隔热等优点。Asandwichpanel(12mmthickness)withanaluminiumfoamcoreandtwosteelfaceplatesSweden(a)TheBeechStarship(b)Voyager一夹层结构的原理一夹层结构的原理采用夹层结构方式是为了提高材料的有效利用率和减轻结构重量，以梁板构件为例，在使用过程中，一要满足强度要求，二要满足刚度的需要，玻璃钢材料的特点是强度高，模量低。因此，用单一的玻璃钢材料制造梁板，满足强度要求时，挠度往往很大，如果按允许挠度进行设计，则强度大大超过，造成浪费。只有采用夹层结构形式进行设计，才能合理的解决这一矛盾。这也是夹层结构得以发展的主要原因.夹层结构分类夹层结构的特点面板表1几种常用板材重量刚性比较夹心材料芯子材料密度低，有足够的强度和刚度；胶接性能好；与面板的电性能相匹配，避免电偶腐蚀；工艺性能良好，价格低。对于某些特殊构件，要考虑芯子的电性能、导热性能以及阻燃、防毒和防烟雾性能等。电性能、导热性以及阻燃、防毒和防烟雾性能等。目前，主要的夹心材料有蜂窝材料是一种强度／重量比最高的结构材料，同时价格也比较便宜。根据不同的设计和制作工艺，孔隙有不同的几何形状。通常是六角形。铝蜂窝材料一般是未张拉的蜂窝块的形式，在使用现场进行张拉。铝蜂窝夹心材料在一定的重量条件下，可以做得很薄。然而，这种薄壁可能会导致蜂窝的表面，尤其是在蜂窝孔隙较大的情况下，发生局部的稳定破坏。除此以外，铝蜂窝和碳纤维同时使用，由于这两种材料都不是绝缘材料，会发生接触腐蚀。对蜂窝材料作接触腐蚀的内部检查成本很高。通过敲击可以初步检查蜂窝材料的质量和损坏情况。铝蜂窝材料还有一个缺陷就是没有“力学记忆”。夹心层板受到冲击以后，蜂窝的变形是不可恢复，然而，FRP面材具备一定的弹性，在冲击荷载过后，恢复到原来的位置。这将导致在局部区域，面材和芯材脱离，夹层结构的力学性能降低。NOMEX蜂窝夹心材料是由芳纶纸浸酚醛树脂制成，在航天、航空结构、船舶制造中具有广泛的应用领域。和铝蜂窝相比，发生局部屈曲的几率要小得多，因为蜂窝的壁相对的要厚一些。另外，因为NOMEX材料不导电，不存在接触腐蚀的问题。但是和其它芳纶产品一样，不能抵抗紫外线的侵蚀，使用时外部通常覆有面板，起到一定的防护作用。在有阻燃要求的一些场合，也有使用酚醛泡沫填充蜂窝孔隙，提高材料和面材之间的粘结性能和结构隔热性能。例如，在公共交通工具内使用时。在航空领域，一些常见的使用NOMEX蜂窝的结构有：机翼的前缘和尾翼，起落架舱门、其它各种舱门和整流罩。纸蜂窝蜂窝夹层结构的局限性聚氯乙烯PVC泡沫聚氯乙烯PVC泡沫其它泡沫材料其它泡沫材料其它泡沫材料其它泡沫材料Foamcorematerial木材木材木材其它芯材材料BAMTRINRH型芳纶纸蜂窝芯材常用规格/性能(Mpa)夹层结构中的胶粘剂分为板芯胶、芯与骨架元件（如梁、肋）粘接胶以及芯子与芯子拼接胶三类，其中板芯胶最为重要。3玻璃钢夹层结构3玻璃钢夹层结构玻璃钢夹层结构的种类与特点玻璃钢夹层结构的种类与特点玻璃钢夹层结构的种类与特点4蜂窝夹层结构铝蜂窝夹层结构复合材料铝蜂窝夹层结构的特性5夹层结构制造技术蜂窝夹层结构制造技术（2）原材料（2）原材料起皱凹槽（2）原材料（3）蜂窝夹芯制造蜂窝生产线（NOMEX、铝蜂窝）（4）蜂窝夹层结构制造②湿法成型片切机蜂窝蜂窝夹层结构泡沫塑料夹层结构制造技术泡沫塑料夹层结构制造技术（2）泡沫塑料制造技术（2）泡沫塑料制造技术（3）泡沫塑料夹层结构制造（3）泡沫塑料夹层结构制造LatticeTruss6JOINTSSANDWICHPANELS蜂窝夹层结构的密度计算蜂窝夹层结构的密度)正六变形蜂窝弹性性能参考文献AB挠度等效应变第8夹层结构分析夹层结构分析基础夹层板的受力分析与几何要素对应的应变由假设(1),上下面板只承受面内载荷夹层板的内力矩夹层板的内力与应变关系夹层板的力矩平衡方程对于面板为正交各向异性材料的夹层板夹层板的弯曲控制方程第九Failuremode夹层结构的破坏模式破坏方式起皱现象整体屈服第十夹层结构设计夹层结构的特点夹层结构设计原则3)夹芯的压缩弹性模量和表板的抗压强度足以防止表板在设计载荷下的起皱4)夹芯应有足够的弹性模量和抗压强度,以防止法向载荷与挠曲变形所产生的压蹋破坏.5)夹层结构应有足够的弯曲和剪切刚度,夹芯应该有足够的厚度和剪切模量,以满足挠曲变形的设计要求6)夹芯的厚度和剪切模量应足够大,防止受压时夹层结构总体屈曲7)蜂窝夹芯的尺寸应足够小,以防止在设计载