縫紉泡沫夾層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性試驗(yàn)研究

2017-09-03 10:23馬元春

科技與創(chuàng)新 2017年16期

關(guān)鍵詞：鋪層縫紉夾層

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(yàn)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(jì)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(duì)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(guò)對(duì)縫紉和非縫紉泡沫夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性對(duì)比試驗(yàn)，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(yàn)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(guò)縫紉后整個(gè)厚度會(huì)增加12%左右，會(huì)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(duì)該種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)件

試驗(yàn)研究分為2類零件，即A類件（3件試驗(yàn)件）和B類件（3件試驗(yàn)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(duì)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(duì)于非縫紉的A類試驗(yàn)件，面板單層厚度為0.16 mm；對(duì)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(yàn)及分析

對(duì)A和B類件施加面內(nèi)壓剪復(fù)合載荷，進(jìn)行試驗(yàn)比較。如圖1所示，設(shè)計(jì)了1個(gè)對(duì)試驗(yàn)件施加壓剪復(fù)合載荷的夾具，試驗(yàn)件被傾斜地安裝在夾具上，然后放置在壓力試驗(yàn)機(jī)臺(tái)面，通過(guò)對(duì)夾具施加壓力的方法，對(duì)試驗(yàn)件施加壓剪復(fù)合載荷。通過(guò)在試驗(yàn)件不同位置上粘貼電阻應(yīng)變片和位移計(jì)的方法來(lái)監(jiān)測(cè)各點(diǎn)的應(yīng)力和變形，最后通過(guò)試驗(yàn)分析計(jì)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(yàn)件均表現(xiàn)在試驗(yàn)件45°對(duì)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.從試驗(yàn)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?？p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。