縫紉泡沫夾層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性試驗研究

馬元春

（中航工業(yè)復(fù)合材料技術(shù)中心，北京101300；中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司，北京101300）

縫紉泡沫夾層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性試驗研究

馬元春

（中航工業(yè)復(fù)合材料技術(shù)中心，北京101300；中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司，北京101300）

傳統(tǒng)的復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)橫向性能弱、抗沖擊能力差，由沖擊載荷確定的設(shè)計許用值偏低。為了提高其結(jié)構(gòu)效率并進(jìn)一步應(yīng)用，2001年Uath大學(xué)的stanley L.E.等人提出了縫紉復(fù)合材料泡沫夾層板的新概念，數(shù)據(jù)表明，縫紉對提高泡沫夾層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，尤其是剪切強(qiáng)度的效果十分明顯。通過對縫紉和非縫紉泡沫夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性對比試驗，明確了縫紉泡沫夾層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能，為該種結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

復(fù)合材料；泡沫夾層結(jié)構(gòu)；試驗件；鋪層

縫紉復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)主要是以犧牲一定的面內(nèi)性能獲得層間性能的增強(qiáng)，而復(fù)合材料壁板類制件的穩(wěn)定性主要由面內(nèi)性能決定的。因此，從理論上看，相同厚度的縫紉復(fù)合材料泡沫夾層板整體穩(wěn)定性能比非縫紉板差，但結(jié)構(gòu)經(jīng)過縫紉后整個厚度會增加12%左右，會彌補(bǔ)一定的面內(nèi)損失，為考量縫紉前后復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，本文對該種結(jié)構(gòu)進(jìn)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(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)，B類件為縫紉復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)。

A和B類件的尺寸均為580 mm×680 mm，復(fù)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(jìn)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(nèi)壓剪復(fù)合載荷，進(jìn)行試驗比較。如圖1所示，設(shè)計了1個對試驗件施加壓剪復(fù)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(jī)臺面，通過對夾具施加壓力的方法，對試驗件施加壓剪復(fù)合載荷。通過在試驗件不同位置上粘貼電阻應(yīng)變片和位移計的方法來監(jiān)測各點(diǎn)的應(yīng)力和變形，最后通過試驗分析計算獲得該種結(jié)構(gòu)形式下穩(wěn)定性數(shù)值。應(yīng)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(xiàn)在試驗件45°對角方向皺曲，中間部位向后側(cè)凹進(jìn)，面板產(chǎn)生少量破壞斷口。試驗結(jié)果見表1.從試驗結(jié)果看，縫紉復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)與未縫紉結(jié)構(gòu)性能相同，略有提高。縫紉后結(jié)構(gòu)厚度的增加有效彌補(bǔ)了縫紉造成的面內(nèi)性能的損失。

圖1 試驗件安裝圖

圖2 應(yīng)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(jié)論

通過對泡沫夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行縫紉和非縫紉的對比試驗研究，試驗結(jié)果表明，縫紉復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)與未縫紉結(jié)構(gòu)性能相同，略有提高。

［1］飛機(jī)設(shè)計手冊總編委.飛機(jī)設(shè)計手冊［M］.北京：航空工業(yè)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度。