賈彥明

（廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州510010）

一種新型防護(hù)密閉門的材料選擇及結(jié)構(gòu)

賈彥明

（廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州510010）

防護(hù)門是人防工程中重要的地方，其材料及結(jié)構(gòu)的選擇將影響整個人防工程的安全等級。簡單介紹了新型的防護(hù)密閉門材料及其結(jié)構(gòu)，將玄武巖纖維復(fù)合材料作為板材，硬質(zhì)聚氨酯作為夾芯材料，利用復(fù)合材料及夾層結(jié)構(gòu)達(dá)到質(zhì)輕、強(qiáng)度高、成本低等目的。

防護(hù)密閉門；材料；結(jié)構(gòu)；人防工程

防護(hù)密閉門一般設(shè)置在人防工程出入口的最外側(cè)，能夠阻擋外界的沖擊波及應(yīng)力等，有的也可以阻絕毒劑。國際上關(guān)于防護(hù)密閉門的材料已經(jīng)多元化，不再拘泥于鋼材及鋼筋混凝土，使防護(hù)密閉門的質(zhì)量及性價比都大幅提高[1]。本文提出一種新的碳纖維復(fù)合材料，防護(hù)密閉門扇形門板選擇夾芯結(jié)構(gòu)，夾芯結(jié)構(gòu)的材料選擇硬質(zhì)聚氨酯泡沫，能夠滿足防護(hù)密閉門的要求，同時具有質(zhì)輕的優(yōu)勢。

1 防護(hù)密閉門的材料選擇

1.1 板材選擇

作為一種新興的結(jié)構(gòu)材料，樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以其優(yōu)越的性能被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，其擁有高比強(qiáng)度與剛度、耐腐蝕、耐高溫及抗疲勞和破損等特點(diǎn)，成型工藝及熱膨脹等方面表現(xiàn)優(yōu)越，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空、軍工以及各民用領(lǐng)域。

雖然Kevlar纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（KFRP）的強(qiáng)度略大于碳纖維復(fù)合材料，與玄武巖纖維復(fù)合材料（BFRP）的比模量相比，CFRP也不占優(yōu)勢，然而由于夾層結(jié)構(gòu)受到外界應(yīng)力時，由材料的上下面板承擔(dān)著主要的面內(nèi)拉壓載荷作用，因此在選擇材料的時候主要考慮沖擊強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度等。新材料CFRP在沖擊強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度3方面的性能均優(yōu)越于其他材料，所以在防護(hù)密閉門門扇設(shè)計中選用CFRP材料作為板材，具有可靠的性能保障。

1.2 夾芯材料的選擇

夾芯材料在選取時，需要考慮強(qiáng)度、剛度、沖擊性能，還要求散熱性能良好，隔音降噪，化學(xué)穩(wěn)定性良好。夾層結(jié)構(gòu)的面板材料可用復(fù)合材料、塑料板、鋁板、膠合板等，夾芯材料則有蜂窩夾芯、泡沫塑料和軟木等。其中，泡沫塑料是制造夾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)良材料[2]。

新型的泡沫材料，例如硬質(zhì)聚氨酯（RPUR）具有密度低、成本小、易成型等特點(diǎn)，而且也可以緩沖撞擊與振蕩振幅等。鑒于RPUR材料的良好性能，在緊急狀態(tài)下，應(yīng)用此種防護(hù)密閉門可以抵御武器爆炸的威脅，保護(hù)防御工程中的人員生命安全[3]。因此在防護(hù)密閉門的選擇上，可以選用RPUP泡沫作為內(nèi)填材料。表1為準(zhǔn)靜態(tài)加載下RPUR材料的力學(xué)性能特征。

表1 準(zhǔn)靜態(tài)加載下RPUR材料的力學(xué)性能特征

衡量材料發(fā)生彈性形變的主要指標(biāo)就是彈性模量，如果數(shù)值越大，那么要使材料產(chǎn)生彈性形變所需應(yīng)力就也要越大。衡量零件本身承載能力的主要指標(biāo)為強(qiáng)度，如表1所示，材料密度越大，RUPR材料對應(yīng)的彈性模量、強(qiáng)度越大。

考慮到實(shí)際防護(hù)密閉門芯材承受的應(yīng)力主要為橫向剪應(yīng)力，因此防護(hù)密閉門夾芯材料采用密度為500 kg/m3的RUPR泡沫材料。

2 防護(hù)密閉門的結(jié)構(gòu)

2.1 夾層結(jié)構(gòu)的受力方式

利用夾層結(jié)構(gòu)可以使復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到人防工程要求的防護(hù)要求，夾層結(jié)構(gòu)可以形象地看作“三明治”，兩層有板或殼體材料，在兩層中間有合適的芯層，兩層的板體被稱為面板或蒙皮，其厚度與芯層相比要小很多，面板與夾芯之間通過膠接使兩種材料復(fù)合起來，黏結(jié)層使芯層結(jié)構(gòu)及面板結(jié)構(gòu)接觸良好，達(dá)到復(fù)合材料整體的強(qiáng)度要求。夾層結(jié)構(gòu)早在二戰(zhàn)時期的英國飛機(jī)上就有使用，能夠使整個結(jié)構(gòu)質(zhì)輕且強(qiáng)度高。

夾層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料在受到外力作用時，內(nèi)部的載荷傳遞方式與工字鋼的載荷傳遞方式相同。當(dāng)夾層結(jié)構(gòu)受到外界應(yīng)力作用時，其受力方式如圖1所示。兩層面板受到的是拉、壓應(yīng)力及各自對應(yīng)的剪應(yīng)力，夾芯結(jié)構(gòu)受到的主要是剪切應(yīng)力，在這個過程中，夾芯結(jié)構(gòu)不僅連接兩層面板，還支撐起整個面板結(jié)構(gòu)。芯層的加入使整個材料結(jié)構(gòu)的質(zhì)量大幅度降低，同時提高材料結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度。芯層結(jié)構(gòu)在材料整體受到外力作用時承受剪切應(yīng)力，從而提高材料結(jié)構(gòu)的彎曲強(qiáng)度。

圖1 夾層結(jié)構(gòu)受力方式

2.2 夾層結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法

目前，夾層結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法有預(yù)制黏結(jié)法和現(xiàn)場澆注整體成型法兩種。預(yù)制黏結(jié)法一般適用于外形簡單的制品，可以批量生產(chǎn)?！邦A(yù)制”顧名思義，首先分別將面板及夾芯材料按照設(shè)計要求制造好，之后利用黏接的方式使兩面板與夾層連接在一起。實(shí)際中，需根據(jù)不同的防護(hù)密閉門設(shè)計選擇最優(yōu)的黏接方法和黏結(jié)劑，并且選擇合適的成型壓力。

2.3 夾層結(jié)構(gòu)防護(hù)密閉門實(shí)例

杜志全[4]2010年時就將玄武巖纖維復(fù)合材料作為板材，硬質(zhì)聚氨酯作為夾芯材料，設(shè)計制作了高2.08 m、寬1.08 m、厚10 cm的防護(hù)密閉門，其門扇質(zhì)量只有0.5 t，比起4 t的全鋼質(zhì)量降低了很多。上下面板的等效應(yīng)力最大處在40.072～50.071 MPa之間，防護(hù)密閉門整體質(zhì)量輕、強(qiáng)度大。

3 結(jié)論

防護(hù)密閉門作為人防工程中的重要設(shè)施，其力學(xué)性能決定了人防工程的安全等級。防護(hù)密閉門的材料最開始為鋼筋混凝土、鋼材，隨著新型材料的不斷發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域逐漸使用樹脂基纖維增強(qiáng)材料等新型復(fù)合材料。同時，防護(hù)密閉門的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地改為夾層結(jié)構(gòu)。玄武巖纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，是較理想的面板材料，在受到外力時承擔(dān)應(yīng)力及剪應(yīng)力，夾芯材料選取能吸收動能、質(zhì)量輕、成本低的硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料。整個防護(hù)密閉門不僅能達(dá)到所需的力學(xué)性能，還具有成本低、質(zhì)量輕的優(yōu)勢。

［1］岳金.碳纖維復(fù)合材料防護(hù)門抗沖擊性能研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2015.

［2］同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所.磁浮列車用復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)中的泡沫芯材選擇［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

［3］何偉，張冬梅，于燁平.淺談硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在軍事偽裝中的應(yīng)用［J］.聚氨酯工業(yè)，2003，18（3）：25.

［4］杜志全.新型輕質(zhì)防護(hù)密閉門門扇的設(shè)計與分析［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

〔編輯：劉曉芳〕

3.3 加大政策扶持力度，整合多方資源

要結(jié)合示范區(qū)的建設(shè)試點(diǎn)情況來創(chuàng)新財政與保險機(jī)制。對于達(dá)到條件標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)應(yīng)當(dāng)加緊建設(shè)，而對于并未達(dá)成條件的，則要盡快出臺經(jīng)濟(jì)扶持政策，盡可能地提升資金運(yùn)用效率。此外，對于財政資金的分配，還要優(yōu)先考慮基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與功能完善，以此來為后續(xù)更有難度的建設(shè)工作打好基礎(chǔ)。應(yīng)在示范區(qū)內(nèi)單獨(dú)設(shè)立金融與保險網(wǎng)點(diǎn)，地方政府也要鼓勵地方上的金融機(jī)構(gòu)積極地參與進(jìn)來，通過貼息方式來對金融機(jī)構(gòu)予以扶持，同時，還要為融資方提供擔(dān)保資金，以此來改善示范區(qū)建設(shè)的融資難問題。

3.4 推動示范區(qū)建設(shè)與產(chǎn)業(yè)融合相結(jié)合

要進(jìn)一步加大對示范區(qū)種養(yǎng)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化力度，結(jié)合建設(shè)現(xiàn)狀來構(gòu)建“隔二連三”“接二連三”的聯(lián)動發(fā)展機(jī)制，將農(nóng)林牧漁、種植養(yǎng)殖緊密地結(jié)合到一起；圍繞農(nóng)產(chǎn)品加工盡快落實(shí)廣西特色的品牌活動，對原有的農(nóng)產(chǎn)品加工結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、轉(zhuǎn)型；將示范區(qū)建設(shè)納入到廣西地區(qū)城鄉(xiāng)發(fā)展的總體規(guī)劃目標(biāo)中，從根本上發(fā)揮出示范區(qū)的輻射作用與榜樣作用，以此來達(dá)到城鄉(xiāng)和諧發(fā)展的最終目的。

3.5 推動示范區(qū)建設(shè)與農(nóng)科技創(chuàng)新應(yīng)用結(jié)合

要積極引進(jìn)創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略方針，將示范區(qū)建設(shè)的科技成果轉(zhuǎn)變?yōu)榈胤睫r(nóng)業(yè)的發(fā)展動力，以此來達(dá)到節(jié)約成本、增加經(jīng)濟(jì)效益、減少資源損耗的最終目的；要提升示范區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展速度，運(yùn)用地方政府所給出的財政支持來置辦先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備；積極建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展體系，構(gòu)建示范區(qū)的農(nóng)業(yè)電商交易平臺，完善線下物流配送體系，將物聯(lián)網(wǎng)的積極作用淋漓盡致地發(fā)揮出來。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃秀杰，何樹群.國內(nèi)外現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀及其研究綜述［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（07）.

［2］譚澤林，李耀忠.“十三五”廣西現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展思路［J］.南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，46（05）.

〔編輯：張思楠〕

TD79+2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.097

2095－6835（2017）19－0097－02

賈彥明（1987—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，主要研究方向?yàn)槿朔婪雷o(hù)設(shè)備設(shè)計。