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碳纤维蜂窝夹层结构的力学特性

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碳纤维蜂窝夹层结构的力学特性

发布日期:2022-04-06 作者: 点击:

在结构力学领域,蜂窝结构给航天器设计者带来了很大的启示。在开发过程中,他们采用了蜂窝结构:首先用金属制作蜂窝,然后用两块金属板夹紧,形成蜂窝结构。这种蜂窝结构强度高,重量轻。它也有利于隔音和隔热。一些学者研究了蜂窝薄壁弯曲或起皱、孔洞形状不稳定、薄壁与连接接头材料分布不均等缺陷对力学性能的影响。许多学者对蜂窝材料和泡沫材料的力学性能也有很高的热情,因为他们认为多孔结构可以将各种性能(甚至明显矛盾的性能)结合在一起,这是传统材料无法实现的。

目前,常用的两种结构形式是铝板铝蜂窝夹芯结构和碳纤维板铝蜂窝夹芯结构。本文研究的夹层结构是上述两种复合结构形式,主要由三种基本材料组成,如下图所示。

铝蜂窝芯


碳纤维蜂窝夹芯板

(1) 夹芯板的上下部分为厚度较薄、强度较高的板,主要承受面内荷载、弯矩和面内剪力;

(2) 夹层板中部为蜂窝夹层,厚度厚,重量轻,支撑上下面板,主要承受面板与夹层之间传递的荷载和横向剪力;

(3) 粘合剂将上下面板与蜂窝夹层连接起来,形成材料和结构双重复合材料。它可以将剪切力从面板转移到蜂窝夹层,并从蜂窝夹层转移到面板。

面板的主要功能是提供所需的轴向弯曲和平面内剪切刚度,以承受轴向弯曲和平面内剪切荷载。用作航天器结构的复合材料主要是纤维增强复合材料。蜂窝夹层主要承受横向剪切,形状主要为六角形。铝镁合金是航天器结构中常用的蜂窝夹层材料。

蜂窝夹层结构的主要特点是,上下面板材料的厚度基本相同,且远小于蜂窝夹层的厚度,面板材料的强度和刚度一般较高。根据夹层板力学分析的基本理论,其主要力学性能如下:

(1) 弯矩主要由面板承担。蜂窝夹芯复合材料的弯曲力矩远大于夹芯复合材料的弯曲力矩。

(2) 面板中的应力几乎沿厚度均匀分布。由于面板非常薄,面板中的应力和平均应力之间的差异非常小,因此可以认为面板中的应力几乎沿厚度均匀分布。

(3) 横向剪切力主要由夹层承担。蜂窝夹芯板受力时,会在垂直板表面产生弯矩和横向剪力。由于面板非常薄,能够承受的横向剪切力很小,因此横向剪切力主要由夹层承担。

(4) 一般来说,夹层的横向剪切应变不能忽略。蜂窝材料的横向剪切模量很小,不能忽略。

(5) 三明治具有支撑面板和避免不稳定的功能。蜂窝夹芯板夹层将为上下面板提供横向支撑,以避免面板局部失稳。

鉴于上述优点和力学特性,蜂窝芯在航天器板结构中的应用可以达到80%-90%以上,如卫星壳体、刚性太阳能电池翼等。


本文网址:http://www.fsyysy.com/news/1002.html

关键词:瓦楞芯,铝蜂窝胶水,铝蜂窝芯

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