【正文】 ? ?+ + =??2222( ) ( , )yx wwC q x yx x y y?? ?? ?? + =? ? ? ?夾層板的彎曲控制方程 2 2 6 622661 1 1 2 1 2 6 62 2 2 4 4 222426 6 1 2 1 1 1 1 2 2 1 2 6 62 2 21[ ( ) 1 ] [ ( 2 ) ] [ ]1 1 1{ 1 ( ) [ ( 2 ) ] } ( , )S www D D D DC x y x y x y CD D D D D D D q x yC C x C x y? ? ? ?+ ? + + +? ? ? ? ? ???= + ? + + +? ? ?? 如果給出邊界條件 ,就可以解出位移 w與轉(zhuǎn)角 , ? 最終可以確定內(nèi)力等 第九 Failure mode 夾層結(jié)構(gòu)的 破壞模式 （ 1）夾層結(jié)構(gòu) 破壞模式 破壞方式 芯子橫向剪切 剪切起皺 ,面板格間失穩(wěn) 面板起皺失穩(wěn) 面板起皺失穩(wěn) 面板起皺失穩(wěn) 總體失穩(wěn) 總體失穩(wěn) 總體失穩(wěn) 芯子局部蹋陷 起皺現(xiàn)象 對稱 反對稱 反對稱 整體屈服 剪切 面板起皺 對稱 反對稱 第十 夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ? 目的 : ? 減輕結(jié)構(gòu)重量 。 ? 增大剛度 。 ? 減少昂貴的表板材料的用量 夾層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) 力學(xué) 材料 上下表板 薄而強(qiáng) 承受軸向載荷 ,彎矩 ,面內(nèi)剪力 金屬材料 。復(fù)合材料 夾芯 厚而輕 將上下表板隔開 ,以承受有一塊表板傳遞到另一塊表板的載荷和橫向剪力 蜂窩 (Al,玻璃纖維 ,Nomex,foam) 粘結(jié)劑 薄 將剪力傳到夾芯 ,再由夾芯傳遞到表板 環(huán)氧類 ,酚醛樹脂 ,聚銑亞胺 夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 ? 總體原則 ? 在設(shè)計(jì)載荷作用下 ,滿足 剛度與強(qiáng)度 的要求 ? 1)表板的厚度 要能夠承受設(shè)計(jì)載荷的 拉壓載荷與面內(nèi)剪切載荷 ? 2) 夾芯 應(yīng)有足夠的強(qiáng)度 ,能夠承受設(shè)計(jì)載荷作用下 的橫向剪力 ? 3)夾芯的壓縮彈性模量和表板的抗壓強(qiáng)度 足以防止表板在設(shè)計(jì)載荷下的 起皺 ? 4)夾芯應(yīng)有足夠的彈性模量和抗壓強(qiáng)度 ,以防止法向載荷與撓曲變形所產(chǎn)生的 壓蹋破壞 . ? 5)夾層結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的彎曲和剪切剛度 ,夾芯應(yīng)該有足夠的厚度和剪切模量 ,以滿足 撓曲變形的 設(shè)計(jì)要求 夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 ? 6)夾芯的厚度和剪切模量應(yīng)足夠大 ,防止受壓時(shí)夾層結(jié)構(gòu) 總體屈曲 ? 7)蜂窩夾芯的尺寸應(yīng)足夠小 ,以防止在設(shè)計(jì)載荷下表板 出現(xiàn)凹陷 ? 8)夾層壁板的封口的連接處應(yīng)有足夠的強(qiáng)度 ,能夠把夾芯和表板連接在一起 ,能將載荷傳遞到結(jié)構(gòu)的其它部分 ? 9)表板 ,夾芯 ,粘結(jié)擠應(yīng)匹配 ,要有良好的工藝性 . 夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 ◆ 在設(shè)計(jì)載荷下，面板的面內(nèi)應(yīng)力應(yīng)小于材料強(qiáng)度，或在設(shè)計(jì)載荷下，面板應(yīng)變小于設(shè)計(jì)許用應(yīng)變； ◆ 芯子應(yīng)有足夠的厚度（高度）及剛度 ； ◆ 芯子應(yīng)有足夠的彈性模量和平壓強(qiáng)度，以及足夠的芯子與面板平拉強(qiáng)度； ◆ 面板應(yīng)足夠厚，蜂窩芯格尺寸應(yīng)合理； ◆ 應(yīng)盡量避免夾層結(jié)構(gòu)承受垂直于面板的平拉或平壓局部集中載荷； ◆ 膠粘劑必須具有足夠的膠接強(qiáng)度，同時(shí)還要考慮耐環(huán)境性能和老化性能； ◆ 碳纖維層合面板與鋁蜂窩芯子膠接面要注意防止電偶腐蝕問題； ◆ 對雷達(dá)罩等有特殊要求的夾層結(jié)構(gòu)，面板、芯子和膠粘劑選擇必須考慮電性能、阻燃、毒性和煙霧等特殊設(shè)計(jì)要求。 （ 2）夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟： 第一步：根據(jù)外載大小，初步確定夾層結(jié)構(gòu)形式及尺寸。 第二步：根據(jù)初定結(jié)構(gòu)，用有限元法（或工程設(shè)計(jì)計(jì)算方法）確定內(nèi)力及支反力。 第三步：根據(jù)第二步的分析結(jié)果，按強(qiáng)度準(zhǔn)則修改芯子密度及面板厚度。 第四步：根據(jù)修改后的結(jié)構(gòu)尺寸，再進(jìn)行有限元應(yīng)力分析，并進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度校核，檢查其強(qiáng)度。剛度和穩(wěn)定性是否滿足要求。 重復(fù)第三至第四步，直至得到合適的設(shè)計(jì)結(jié)果。 夾層結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié) （ 1）邊緣閉合設(shè)計(jì) 邊緣閉合有兩種基本形式： 面板折成斜面閉合 ，（如圖 a）和 邊緣連接件閉合 （如圖 b）。 （ 2）芯子增強(qiáng)設(shè)計(jì) 夾層結(jié)構(gòu)由于垂面載荷 作用或強(qiáng)度、剛度要求等原因，芯子需要增強(qiáng)。一般采取充填樹脂膠、局部芯子加密、加入墊塊或成形件等辦法增強(qiáng)芯子，如下圖所示。 （ 3）防潮密封設(shè)計(jì) 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)防潮設(shè)計(jì)措施有以下兩點(diǎn)： ◆ 復(fù)合材料面板表面涂密封劑，如 H101～ H103封孔劑， W062Ⅱ 底漆和 Wof1Ⅱ 面 o漆； ◆ 密封所有水分可能浸入蜂窩芯格的通道，密封措施如下圖所示。 （ 4）受側(cè)壓夾層板邊緣支持的設(shè)計(jì)建議 夾層板受側(cè)壓作用，邊緣支持設(shè)計(jì)應(yīng)避免發(fā)生面板彎曲引起的平拉伸分層開裂，如圖 a所示為不滿意設(shè)計(jì)。 為此，應(yīng)在夾層板邊緣處將蜂窩削成斜面、面板閉合與支持結(jié)構(gòu)膠接連接，結(jié)合面承受剪切載荷，如圖 b所示為滿意設(shè)計(jì)。 夾層梁的設(shè)計(jì) 1) 對于給定 設(shè)計(jì)載荷和邊界條件的夾層梁 ,求 最大彎距 M 與最大剪力 Q [] fMZbs=2) 確定表板的許用應(yīng)力 [σf] 3) 計(jì)算 單位寬度 所要求的 截面彎曲模量 Z ? 4)按照 質(zhì)量最小原則計(jì)算夾層梁的總厚度 d和表板厚度 t的初始比值 21 tcdtrr=+? ５ )根據(jù) Ｚ值和 d/t的初始值 確定夾層梁的 總厚度 d和表板厚度 tf值 ? ６ )驗(yàn)算表板應(yīng)力 σf值 []()ffffMbt d tss=?夾層梁的設(shè)計(jì) ? 7)求夾芯厚度 tc 2cft d t=? 8)驗(yàn)算表板應(yīng)力 值 2[]()cc cQb d ttt=?+ct夾層梁的設(shè)計(jì) ? 9)當(dāng) 剛度是主要設(shè)計(jì)要求時(shí) ,則需要計(jì)算兩個(gè)剛度參數(shù) D 與 U 33[ ( 1 ) ]12f ccfbE ED d tE?= 夾芯縱向壓縮彈性模量 表板的拉伸彈性模量 1 f??= 表板的泊松比 2cchU G bt=f c fh d t t t= ? +夾芯的剪切彈性模量 用 D 與 U 計(jì)算撓度 δ 3sB k P Lk P LDU? =+外載荷 跨度 與邊界條件有關(guān) 如果計(jì)算撓度 δ大于設(shè)計(jì)要求的值 ,則應(yīng)該 增加夾芯厚度 , 或者 采用剪切模量較大的夾芯材料 受法向均布載荷的夾層平板設(shè)計(jì) ? 適用于邊界條件為 四邊簡支的矩型夾層平板 ? 邊長為 a與 b ? 表板 :準(zhǔn)各向同性 。 ? 各向異性 :許用應(yīng)力取各方向中較小的值 . ? 夾芯 :各向同性 (泡沫 ) ? 各向異性 (蜂窩 ) 平行于 a 邊的橫截面內(nèi)的剪切模量 Gca 平行于 b 邊的橫截面內(nèi)的剪切模量 Gcb ? 1)計(jì)算單位長度上的 最大彎矩 2M p b?=法向分布載荷 短邊長 ? 2)根據(jù)選用的表板材料和鋪層材料 ,確定 許用應(yīng)力[σ]f 受法向均布載荷的夾層平板設(shè)計(jì) ? 3)由質(zhì)量最小關(guān)系式 ,求 表板厚度與夾芯厚度 2 [ ]cfffMtrrs=表板許用應(yīng)力 夾芯密度 表板材料密度 鋪層的單層厚度 0ft n t=鋪層數(shù) 2[]fccfMtrrs=受法向均布載荷的夾層平板設(shè)計(jì) ? 4)計(jì)算剛度參數(shù) 21 1 2 221 1 2 2()f f f f cf f f f c aE t E t tVE t E t b G??=+222f f ccaE t tVbG??=不同表板 相同表板 1 f??=表板泊訟比 表板 1,2的彈性模量 表板 1,2的厚度 受法向均布載荷的夾層平板設(shè)計(jì) ? 5)計(jì)算板中心的最大彎矩 232416()afpbM C C??=+232416()bfpbM C C??=+短邊 長邊 板件單位寬度與單位長度的彎矩 受法向均布載荷的夾層平板設(shè)計(jì) ? 7)夾層板中的 最大剪力 發(fā)生在 板長邊的中間位置 4316apbQC?=A邊上剪力 3316bpbQC?=b邊上剪力 剪應(yīng)力 2 aacQdtt =+2 bbcQdtt =+選擇適當(dāng)?shù)膴A芯滿足上述要求 受法向均布載荷的夾層平板設(shè)計(jì) ? 8)計(jì)算撓度 ? 若設(shè)計(jì)中對夾層板的撓度有要求 ? 則應(yīng)計(jì)算板的撓度 : 41616 pbCD??=33[ ( 1 / ) ]12fc c fED d t E E?= 21 1 2 22 1 1 1 2 2f f f ff f f fh E t E tDE t E t??=+相同表板 不同表板 表板中心線之間的距離 表板 1與 2的參數(shù) 2111 f??=2221 f??= 如果計(jì)算撓度 δ大于設(shè)計(jì)要求的值 , 則 應(yīng)該增加夾芯厚度 , 或者 增加表板厚度 ,滿足設(shè)計(jì)要求 受法向均布載荷的夾層平板設(shè)計(jì)