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        一種蒙皮修補(bǔ)方案對夾層結(jié)構(gòu)壓縮性能的影響

        2016-12-31 00:00:00臺元月卞航李春林薛向晨常海峰
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年27期

        摘 要:文章介紹了一種蒙皮修補(bǔ)方案對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)壓縮性能的不利影響,采用在蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的上面板中置入分層缺陷,并采用貼補(bǔ)片補(bǔ)強(qiáng)的方法,測試該試驗(yàn)件的抗壓性能。結(jié)果表明:該修補(bǔ)方式會導(dǎo)致蜂窩夾層結(jié)構(gòu)典型壓縮試驗(yàn)件抗壓性能的降低。

        關(guān)鍵詞:蜂窩夾層;分層;修補(bǔ)

        蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是復(fù)合材料的一種特殊類型[1]。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)通常是由比較薄的面板與比較厚的芯子膠接而成[2]。一般面板采用強(qiáng)度和剛度比較高的材料,芯子采用密度比較小的材料,如蜂窩芯、泡沫芯、波紋板芯等。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)具有比強(qiáng)度和比剛度高的優(yōu)點(diǎn),可以充分發(fā)揮材料的抗彎強(qiáng)度和抗彎剛度,比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減重10%~30%[3]。夾層結(jié)構(gòu)具有重量輕、彎曲剛度及強(qiáng)度大、抗失穩(wěn)能力強(qiáng)、耐疲勞、吸音、隔熱等優(yōu)點(diǎn),因此在飛行器結(jié)構(gòu)上得到了廣泛應(yīng)用,對結(jié)構(gòu)減重有良好的效果。然而復(fù)合材料層間強(qiáng)度低,抗沖擊性能差的固有缺點(diǎn)導(dǎo)致在制造和使用過程中不可避免的會存在缺陷或損傷,所有復(fù)合材料的損傷以及受損結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)問題得到了國內(nèi)外專家及研究者的廣泛關(guān)注。然而目前在這方面的研究中,絕大部分是理論上的研究,不針對特定結(jié)構(gòu),能針對典型結(jié)構(gòu)給出指導(dǎo)性的修補(bǔ)方案的研究還比較少,文章通過試驗(yàn)研究了一種針對蒙皮的修補(bǔ)方案對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)抗壓性能的影響。

        1 試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及損傷情況

        試驗(yàn)件示意圖見圖1,主要由下蒙皮、膠粘劑、蜂窩芯、膠粘劑、上蒙皮組成。試驗(yàn)件平面尺寸為500mm×500mm,面板材料為T300/BA9913預(yù)浸料:含膠量為31±2%,固化后單層厚度為0.125mm,由中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司生產(chǎn),上下面板鋪層為[-45/0/45/90]s;芯材材料為芳綸紙蜂窩芯材(NRH-2-48(0.05)),蜂窩高度6mm:由中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司生產(chǎn);上下面板與蜂窩芯材之間的膠膜為J-272C膠膜:厚度(0.25±0.02)mm,面密度:(300±30)g/m2,紗網(wǎng)載體膠膜,黑龍江石化所。

        模擬分層缺陷采用預(yù)制缺陷的方法,即在鋪疊預(yù)浸料過程中,按表1規(guī)定的位置、尺寸預(yù)先在上蒙皮置入兩層無孔聚四氟乙烯薄膜,缺陷位置及補(bǔ)強(qiáng)片位置示意圖見圖2。蒙皮修補(bǔ)方式采用貼補(bǔ)法補(bǔ)強(qiáng),補(bǔ)強(qiáng)面板材料為T300/BA9913預(yù)浸料,鋪層為[90/+45/0/-45],補(bǔ)強(qiáng)材料與試驗(yàn)件面板膠接采用J-272B膠膜:厚度(0.18±0.02)mm,面密度:(220±30)g/m2,紗網(wǎng)載體膠膜,黑龍江石化所。補(bǔ)強(qiáng)材料貼補(bǔ)在上面板靠近蜂窩一側(cè)。預(yù)制缺陷及補(bǔ)強(qiáng)片和上蒙皮的剖面示意圖見圖3。

        試驗(yàn)件分組見表1。

        2 試驗(yàn)件制造

        其工藝過程如圖4所示。

        上蒙皮固化工藝為:室溫抽真空,加壓≥0.4MPa后,升溫至120℃,保溫2小時,降溫至70℃以下卸壓。0.5℃/min≤升溫速率≤1.5℃/min,降溫速率≤1.5℃/min。

        膠接共固化工藝為:室溫抽真空,加壓≥0.3MPa后,升溫至85℃,保溫0.5小時,升溫至120℃,保溫2小時,降溫至70℃以下卸壓。0.5℃/min≤升溫速率≤1.5℃/min,降溫速率≤1.5℃/min。

        3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        對五種不同的類型的典型壓縮試驗(yàn)件進(jìn)行了壓縮試驗(yàn)測試,其試驗(yàn)結(jié)果見表2。

        從圖5可以看出,試驗(yàn)件的應(yīng)變-載荷曲線都是呈線性的。從表2的試驗(yàn)結(jié)果可以看出:

        (1)B組的平均抗壓力比A組低6%,C組的平均抗壓力與A組低0.9%,說明面板置入分層缺陷后,抗壓力降低,置入的分層缺陷尺寸越大,抗壓力降低的越顯著。

        (2)D組的抗壓力比C組低11.1%,E組的抗壓力比B組低20%,主要原因可能是由于上面板貼補(bǔ)強(qiáng)片后,補(bǔ)強(qiáng)片與蜂窩膠接的區(qū)域蜂窩發(fā)生變形,導(dǎo)致試驗(yàn)件整體抗壓性能降低。

        對破壞后的典型壓縮試驗(yàn)件進(jìn)行無損檢測,發(fā)現(xiàn)面板的分層缺陷尺寸保持原來的大小,面板也未發(fā)現(xiàn)新的缺陷,初步判斷試驗(yàn)件的破壞方式為蜂窩破壞。

        4 結(jié)束語

        該修補(bǔ)方式會導(dǎo)致蜂窩夾層結(jié)構(gòu)典型壓縮試驗(yàn)件抗壓性能的降低。

        復(fù)合材料有著巨大的發(fā)展?jié)摿?,但我們也?yīng)該看到其面臨的各種難題,并不斷努力使其盡快完善起來。

        參考文獻(xiàn)

        [1]美國軍用手冊 MIL-HDBK-17F 聚合物基復(fù)合材料的使用、設(shè)計和分析[S].國防科技工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究中心,2004.

        [2]負(fù)欽東.復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用與修理[J].民航科技,2009,3:114-116.

        [3]梁春生.蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料膠接共固化工藝技術(shù)研究[J].航空制造技術(shù),2014.

        作者簡介:臺元月(1982,12-),女,山東諸城人,碩士,漢族,中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司,工程師,研究方向:先進(jìn)復(fù)合材料制造技術(shù)。

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