第四节复合材料结构设计.ppt

* * * * * * * * * * * 4.3.5 加筋板设计 （4）加筋板设计建议 ◆ 蒙皮与加筋条的载荷分配应保持合适的比例； ◆ 蒙皮的铺层弹与翼盒段结构形式关系。 （5）加筋条铺层建议 （6）细节设计参照本节 （7）采用三维编织和缝纫可增加构件厚度方向的强度以 及层间强度与韧性，对避免分层现象也很有效 §4.3 层合板与层合件设计 4.3.6 层合件工艺性设计考虑 （1）层合件工艺性设计考虑要点 ◆ 工艺对铺层设计的建议已列入层合板和加筋板设计原则和细 节设计中； ◆ 在设备和工艺条件许可情况下，应尽可能采用整体化设计， 以减少组装工作量； ◆ 层合件圆角半径和脱模斜度应符合相关工艺手册规定； ◆ 配合精度应满足装配或组装要求，并制定可行的补偿措施； ◆ 为保证零构件可检性，设计时应留有无损检测的通道。 §4.3 层合板与层合件设计 4.3.6 层合件工艺性设计考虑 （2）层合件尺寸公差 ★ 层合件尺寸公差选用原则 ★ 厚度公差 ★ 层方向公差 §4.3 层合板与层合件设计 夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的芯子胶接而成。具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲劳、吸音和隔热等优点。 §4.4 夹层结构设计 4.4.1 夹层结构的破 坏模式与设计 准则 §4.4 夹层结构设计 （1）夹层结构破坏模式 4.4.1 夹层结构的破坏模式与设计准则 §4.4 夹层结构设计 （2）夹层结构设计准则 ◆ 在设计载荷下，面板的面内应力应小于材料强度，或在设计载荷下，面板应变小于设计许用应变； ◆ 芯子应有足够的厚度（高度）及刚度 ； ◆ 芯子应有足够的弹性模量和平压强度，以及足够的芯子与面板平拉强度； ◆ 面板应足够厚，蜂窝芯格尺寸应合理； ◆ 应尽量避免夹层结构承受垂直于面板的平拉或平压局部集中载荷； ◆ 胶粘剂必须具有足够的胶接强度，同时还要考虑耐环境性能和老化性能； ◆ 碳纤维层合面板与铝蜂窝芯子胶接面要注意防止电偶腐蚀问题； ◆ 对雷达罩等有特殊要求的夹层结构，面板、芯子和胶粘剂选择必须考虑电性能、阻燃、毒性和烟雾等特殊设计要求。 4.4.2 夹层结构及其选材 §4.4 夹层结构设计 （1）面板 ◆铝合金 ◆碳纤维复合材料 ◆凯芙拉（Kevlar）纤维复合材料 ◆玻璃布复合材料，如高弹玻璃布/环氧复合材料等 4.4.2 夹层结构及其选材 §4.4 夹层结构设计 （2）芯子 芯子材料选择应遵循的原则有：芯子材料密度低，有足够的强度和刚度；胶接性能好；与面板的电性能相匹配，避免电偶腐蚀；工艺性能良好，价格低。对于某些特殊构件，要考虑芯子的电性能、导热性能以及阻燃、防毒和防烟雾性能等。电性能、导热性以及阻燃、防毒和防烟雾性能等。 （3）胶粘剂 夹层结构中的胶粘剂分为板芯胶、芯与骨架元件（如梁、肋） 粘接胶以及芯子与芯子拼接胶三类，其中板芯胶最为重要。 4.4.3 夹层结构设计 §4.4 夹层结构设计 结构设计的步骤： 第一步：根据外载大小，初步确定夹层结构形式及尺寸。 第二步：根据初定结构，用有限元法（或工程设计计算方法） 确定内力及支反力。 第三步：根据第二步的分析结果，按强度准则修改芯子密度及 面板厚度。 第四步：根据修改后的结构尺寸，再进行有限元应力分析，并 进行详细的强度校核，检查其强度。刚度和稳定性是 否满足要求。 重复第三至第四步，直至得到合适的设计结果。 4.4.4 夹层结构细节 §4.4 夹层结构设计 （1）边缘闭合设计 边缘闭合有两种基本形式：面板折成斜面闭合，（如图a）和边缘连接件闭合（如图b）。 4.4.4 夹层结构细节 §4.4 夹层结构设计 （2）芯子增强设计 夹层结构由于垂面载荷 作用或强度、刚度要求等原因，芯子需要增强。一般采取充填树脂胶、局部芯子加密、加入垫块或成形件等办法增强芯子，如下图所示。 4.4.4 夹层结构细节 §4.4 夹层结构设计 （3）防潮密封设计 蜂窝夹层结构防潮设计措施有以下两点： ◆ 复合材料面板表面涂密封剂，如H101～H103封孔剂，W06-2Ⅱ 底漆和Wof-1Ⅱ面o漆； ◆ 密封所有水分可能浸入蜂窝芯格的通道，密封措施如下图所 示。 4.4.4 夹层结构细节 §4.4 夹层结构设计 （4）受侧压夹层板边缘支持的设计建议 夹层板受侧压作用，边缘支持设计应避免发生面板弯曲引起的平拉伸分层开裂，如图a所示为不