縫紉泡沫夾層結構穩定性試驗研究

馬元春

（中航工業復合材料技術中心，北京101300；中航復合材料有限責任公司，北京101300）

縫紉泡沫夾層結構穩定性試驗研究

馬元春

（中航工業復合材料技術中心，北京101300；中航復合材料有限責任公司，北京101300）

傳統的復合材料夾層結構橫向性能弱、抗沖擊能力差，由沖擊載荷確定的設計許用值偏低。為了提高其結構效率并進一步應用，2001年Uath大學的stanley L.E.等人提出了縫紉復合材料泡沫夾層板的新概念，數據表明，縫紉對提高泡沫夾層結構的強度，尤其是剪切強度的效果十分明顯。通過對縫紉和非縫紉泡沫夾層結構進行穩定性對比試驗，明確了縫紉泡沫夾層結構的穩定性能，為該種結構的工程應用奠定了基礎。

復合材料；泡沫夾層結構；試驗件；鋪層

縫紉復合材料泡沫夾層結構主要是以犧牲一定的面內性能獲得層間性能的增強，而復合材料壁板類制件的穩定性主要由面內性能決定的。因此，從理論上看，相同厚度的縫紉復合材料泡沫夾層板整體穩定性能比非縫紉板差，但結構經過縫紉后整個厚度會增加12%左右，會彌補一定的面內損失，為考量縫紉前后復合材料泡沫夾層結構穩定性能，本文對該種結構進行了對比試驗研究。

1 試驗件

試驗研究分為2類零件，即A類件（3件試驗件）和B類件（3件試驗件）。A類件為非縫紉復合材料泡沫夾層結構，B類件為縫紉復合材料泡沫夾層結構。

A和B類件的尺寸均為580 mm×680 mm，復合材料夾層體系面板材料均為G0827/BA9912，鋪層采用對稱均衡鋪層[+45/－45/0/90/0/－45/45]，夾層為ROHACELL51WF，夾層厚5 mm，采用VARI方法進行成型。對于非縫紉的A類試驗件，面板單層厚度為0.16 mm；對于B類件，面板單層厚度為0.18 mm，縫合方法為通厚縫合，縫紉針直徑1.5 mm，縫紉線為400旦（Denier）Kevlar29纖維，縫紉角度0°，沿鋪層0°方向縫合，縫紉針距8 mm，行距8 mm。

2 試驗及分析

對A和B類件施加面內壓剪復合載荷，進行試驗比較。如圖1所示，設計了1個對試驗件施加壓剪復合載荷的夾具，試驗件被傾斜地安裝在夾具上，然后放置在壓力試驗機臺面，通過對夾具施加壓力的方法，對試驗件施加壓剪復合載荷。通過在試驗件不同位置上粘貼電阻應變片和位移計的方法來監測各點的應力和變形，最后通過試驗分析計算獲得該種結構形式下穩定性數值。應變片與位移傳感器安裝位置如圖2所示，試件的破壞模式如圖3所示，所有試驗件均表現在試驗件45°對角方向皺曲，中間部位向后側凹進，面板產生少量破壞斷口。試驗結果見表1.從試驗結果看，縫紉復合材料泡沫夾層結構與未縫紉結構性能相同，略有提高。縫紉后結構厚度的增加有效彌補了縫紉造成的面內性能的損失。

圖1 試驗件安裝圖

圖2 應變片與位移傳感器安裝位置圖

圖3 試件破壞模式

表1 縫紉夾層板的屈曲性能

3 結論

通過對泡沫夾層結構進行縫紉和非縫紉的對比試驗研究，試驗結果表明，縫紉復合材料泡沫夾層結構與未縫紉結構性能相同，略有提高。

［1］飛機設計手冊總編委.飛機設計手冊［M］.北京：航空工業出版社，2001.

〔編輯：張思楠〕

TB332

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.074

2095－6835（2017）16－0074－02

馬元春（1973—），男，高工，研究方向為復合材料結構與強度。