《【复合材料夹层结构分析】》-公开课件.ppt

夹层结构设计原则 总体原则 在设计载荷作用下,满足刚度与强度的要求 1)表板的厚度要能够承受设计载荷的拉压载荷与面内剪切载荷 2) 夹芯应有足够的强度,能够承受设计载荷作用下的横向剪力 3)夹芯的压缩弹性模量和表板的抗压强度足以防止表板在设计载荷下的起皱 4)夹芯应有足够的弹性模量和抗压强度,以防止法向载荷与挠曲变形所产生的压蹋破坏. 5)夹层结构应有足够的弯曲和剪切刚度,夹芯应该有足够的厚度和剪切模量,以满足挠曲变形的设计要求 夹层结构设计原则 6)夹芯的厚度和剪切模量应足够大,防止受压时夹层结构总体屈曲 7)蜂窝夹芯的尺寸应足够小,以防止在设计载荷下表板出现凹陷 8)夹层壁板的封口的连接处应有足够的强度,能够把夹芯和表板连接在一起,能将载荷传递到结构的其它部分 9)表板,夹芯,粘结挤应匹配,要有良好的工艺性. 夹层结构设计原则 ◆ 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。 （2）夹层结构设计准则 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。 夹层结构细节 （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）。 （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。 （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）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所示为不满意设计。 为此，应在夹层板边缘处将蜂窝削成斜面、面板闭合与支持结构胶接连接，结合面承受剪切载荷，如图b所示为满意设计。 夹层梁的设计 1) 对于给定设计载荷和边界条件的夹层梁,求最大弯距M 与最大剪力Q 2) 确定表板的许用应力[σf] 3) 计算单位宽度所要求的截面弯曲模量Z 4)按照质量最小原则计算夹层梁的总厚度d和表板厚度t的初始比值 ５)根据Ｚ值和d/t的初始值确定夹层梁的总厚度d和表板厚度tf值 ６)验算表板应力σf值 夹层梁的设计 7)求夹芯厚度tc 8)验算表板应力 值 夹层梁的设计 9)当刚度是主要设计要求时,则需要计算两个刚度参数D 与U 夹芯纵向压缩弹性模量 表板的拉伸弹性模量 表板的泊松比 夹芯的剪切弹性模量 用D 与U 计算挠度δ 外载荷 跨度 与边界条件有关 如果计算挠度δ大于设计要求的值,则应该增加夹芯厚度, 或者 采用剪切模量较大的夹芯材料 受法向均布载荷的夹层平板设计 适用于边界条件为四边简支的矩型夹层平板 边长为a与b 表板:准各向同性; 各向异性:许用应力取各方向中较小的值. 夹芯:各向同性(泡沫) 各向异性(蜂窝) 平行于a 边的横截面内的剪切模量Gca 平行于b 边的横截面内的剪切模量Gcb 1)计算单位长度上的最大弯矩 法向分布载荷 短边长 2)根据选用的表板材料和铺层材料,确定许用应力[σ]f 受法向均布载荷的夹层平板设计 3)由质量最小关系式,求表板厚度与夹芯厚度 表板许用应力 夹芯密度 表板材料密度 铺层的单层厚度 铺层数 受法向均布载荷的夹层平板设计 4)计算刚度参数 不同表板 相同表板 表板泊讼比 表板1,2的弹性模量 表板1,2的厚度 受法向均布载荷的夹层平板设计 5)计算板中心的最大弯矩 短边 长边 板件单位宽度与单位长度的弯矩 受法向均布载荷的夹层平板设计 7)夹层板中的最大