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复合材料夹层结构

   日期:2017-08-23     浏览:1451    
核心提示:随着高分子合成材料的迅速发展,用做泡沫夹芯结构的芯材主要是聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料,近年来又出现了聚丙烯、氯化或磺化聚乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯等泡沫塑料。
复合材料是指两种以上的异质、异形、异性的材料,经过复合而形成的新材料,它除保留原组分材料的主要特点外,还能通过复合效应获得原有组分材料所不具备的新的优异性能。按其基本材料的不同,复合材料可分为聚合物(树脂)基复合材料、金属基复合材料和无机非金属材料基复合材料三大类。
 
​航天、航空工程的飞行器对结构质量非常敏感,需要用轻质高强的材料来制造。在飞机发展的近100年时间里、空间工程发展的50多年间,人们一直在寻找轻质高强材料。20世纪40年代人们发现了玻璃纤维增强塑料,后来发展成先进复合材料,解决了材料的轻质、高强问题。几乎在同一时代,人们发现了夹层结构,创造出合理使用材料的结构达到轻质高强的要求。
 
sandwich-panels
当前工程上应用的夹层结构,其基本构造形式是由上下两块薄而强的面板和填在其中并与面板牢固连接起来的轻质芯材所组成。用做面板的材料很多,如铝、不锈钢、复合材料层合板、胶合板、纸板等,按所使用芯材形式的不同有泡沫夹芯结构、蜂窝夹芯结构和波纹夹芯结构。随着高分子合成材料的迅速发展,用做泡沫夹芯结构的芯材主要是聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料,近年来又出现了聚丙烯、氯化或磺化聚乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯等泡沫塑料。
 
​夹层板可以看作是一种特殊形式的层合板,即在两层板中间夹着一层轻质的夹芯材料,这层夹芯具有一定的横向剪切刚度。这种结构由于把强度和横量较大的材料配置在远离截面形心的位置,故具有较大的抗弯刚度,因而多用作横向载荷的抗弯构件。薄板或复合材料层合板经典理论的弯曲分析是建立在Kerchhoff直法线假设基础之上,认为板的横向剪切模量无穷大,故弯曲时横向剪应变为零。
 
解板的弯曲问题是建立在以下的几个基本假设的基础上:
1)变形前垂直于板中面的直线段,变形后仍为一垂直于弹性曲面的直线,且长度不变;
2)​横向正应力、切应力与其他3个分量相比甚小,其所引起的变形可以不计;
3)板中面内各点没有平行于中面的位移;​
 
夹层结构的面板,主要承受拉力和压力,而芯子相当于腹板,主要承受弯曲时的剪力。因此在构造上通常是用厚度较薄、强度高、刚度大的材料作为面板,而用密度小、厚度较大、有一定承剪能力的材料作为芯层,用胶接的方法把它们连接起来。夹层结构的主要结构特点是抗弯刚度大,可以在结构质量较小的情况下承受较大的弯曲载荷,即具有较高的抗弯刚度质量比;良好的耐疲劳性能;构件表面光滑平整,有良好的气动表面,因而被广泛地用于制造飞机和火箭的外部部件。
 
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