翼身融合结构的设计及制造.docx

翼身融合整体件研制与设计, 破坏模式图 示破坏原因剪切皱折总体失稳有时由总体失稳引起,芯子剪切模量低,或夹层板厚度不够面板起皱失稳面板薄,芯子压缩强度不够,或原始不平度大。 ???当面板外鼓时,可能板芯连接强度不够面板格间失稳面板太薄,格子尺寸太大2.夹层结构设计准则夹层结构设计,必须使其在设计载荷作用下满足强度和刚度要求,即① 在设计载荷下,面板的面内应力应小于材料强度,或面板应变小于考虑损伤容限的许用应变。 ????????对于复合材料面板:设计载荷=使用载荷×n×fm。其中,n 是安全系数,fm 是考虑附加湿热影响的载荷放大系数,fm=1.06~1.15。 ????????② 芯子应有足够的厚度及刚度,以保证在设计载荷下不发生夹层板总体失稳、剪切破坏以及过大的挠度。 ????????③ 芯子应有足够的弹性模量,夹层结构应有足够的厚度方向拉、压强度,以保证在设计载荷下,面板不发生皱屈。 ????????④ 面板应足够厚,蜂窝芯格尺寸应足够小,以防止在设计载荷下发生格内面板失稳。 ????????⑤ 尽量避免夹层结构承受垂直于板面的集中载荷,以防止局部芯子压塌或面板拉脱。当集中载荷不可避免时,应采取措施,将载荷分散到其他承力构件上去,而不传给芯子。 ????????3.夹层结构选材原则面板材料的选择包括纤维和树脂两部分,具体内容见7.3节。 ????????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、阻燃、防毒和防烟雾性能等。 ????????蜂窝芯子有铝蜂窝、玻璃纤维蜂窝以及芳纶纸蜂窝(即No***x蜂窝)。芯子形状有正六边形和长方形等,一般采用正六边形。No***x蜂窝是常用的非金属材料蜂窝,它的模量比同密度的铝蜂窝低很多,强度比铝蜂窝略低,但它有良好的韧性及抗损伤能力,特别是局部损伤后不易产生永久变形。 ????????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。 ????????面板与蜂窝芯子之间的胶粘剂与一般的板—板胶存在差异,有其自己特殊要求。选用板—芯胶时要注意,胶在固化过程中会产生挥发分,这些挥发分会导致内压,引起局部区域脱胶或产生气孔挥发气体可能使芯子开裂或使芯格变形,挥发水分对芯子和胶本身能产生腐蚀或降低其性能,因此建议选用挥发分不大于1/100的胶粘剂。 ????????大部分芯子不能承受过大的固化压力(如超过几个大气压),但为了增加胶接强度,仍要求一定的胶接压力(约二个大气压)。固化压力是胶接工艺的重要参数,选用胶时应充分注意,并进行一定的工艺试验。所选用胶粘剂,应使芯子与面板在贴合处形成胶瘤,即所谓“填角成形” ????????的能力,以获得足够的胶接强度。 ????????由于对芯子的加工较难控制外形容差,所选用胶应有良好的“间隙填充”性能而无需附加的强度补偿。胶粘剂本身强度都远大于芯子的强度,因此,对板—芯胶强度要求主要是它的韧性指标。胶接夹层结构的韧性是指在静或动载下,胶接面抵抗板芯剥离的能力。剥离强度直接反映了胶接面的韧性,是夹层结构设计中必须测量的一个参数。 ????????为了获得良好的耐环境(湿热)以及抗老化的性能,板—芯胶一般采用胶膜形式。板—芯胶应与其他配套胶以及面板材料具有良好的相容性。 ????????4.夹层结构设计一般来说,夹层结构设计的目的是增加刚度,得到光滑的气动外形,减少结构质量和成本,降低噪声,增大或减少某方向的热变换,在强烈的声振中能增加耐久性。下面给出一些具体的设计方法,以供参考。 ????????不同的设计对成本的影响极大,如图7 34 所示的端头闭合设计中,图7 34(a)比图7 34(b)要好,图7 34(c)通过增加芯子密度代替梁肋,费用更低,因此,设计者应了解制造工艺,使设计的结构制造成本最低。 ????????同一夹层结构可根据外载的情况,使用不同密度的芯子,用芯—芯胶将它们拼接。但是,当夹层结构几何尺寸较小,芯材拼接块数较多时,拼接胶的质量往往会抵消采用不同密度芯子所省下的质量,这时不宜采用这种设计方法。 ????????夹层结构经常使用螺接或铆接传递高载,但机械连接会降低夹层结构的疲劳寿命,因此,设计时应尽量避免铆钉过多过密。铆接时尽量采用压铆,以减少对夹层结构的冲击。 ????????为保证芯子平滑切割,避免使用“起伏”切割(也称“松弛切割”),应根据面板应力分布。 ????????图7 34 蜂窝夹层板端头闭合设计用铺层丢层设计逐渐改变面板厚度。蜂窝芯子切割中的外形公差可用胶膜填补。当芯子切割