劉路

1概述

復(fù)合材料蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)一般由上下面板、芯材、粘結(jié)層等結(jié)構(gòu)組成，通過在夾芯結(jié)構(gòu)中嵌入埋件作為傳力接頭[1-2]，預(yù)埋件夾層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度一般通過試驗(yàn)獲得[3]。本文將膠板、碳纖維材料面板、Nomex蜂窩整體成型，然后在預(yù)埋膠板處打孔形成傳力接頭。預(yù)埋膠板擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究結(jié)果表明：膠板直徑對(duì)夾芯結(jié)構(gòu)的擠壓強(qiáng)度提高明顯。

2試驗(yàn)件

試驗(yàn)件為碳纖維材料面板和Nomex蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，鋪層為[45/0/芯/0/45]，如圖1所示。面板材料為碳纖維織物預(yù)浸料T700S-12K-50C/#2510，夾芯材料為AHN4120-3/16-3.00-t0.25"，膠膜材料為EA9696.060，在夾芯結(jié)構(gòu)中預(yù)埋20mm、30mm、40mm直徑的膠板，材料為EPOCAST1629-A/B，在膠板上鉆取直徑為4.8mm和6.4mm的孔以安裝螺栓，試驗(yàn)件分6組，共24件。

3試驗(yàn)方法

按照《聚合物基復(fù)合材料層壓板擠壓響應(yīng)的試驗(yàn)方法》試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在500KN MTS疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)件安裝后采用鉛錘檢查以保證居中，4.8mm孔徑螺栓的擰緊力矩為1.2N.m，6.4mm孔徑螺栓的擰緊力矩為2.4N.m。試驗(yàn)采用位移控制的方式進(jìn)行加載，加載速率為1mm/min，通過外置引伸計(jì)測(cè)量應(yīng)變，采集頻率為20Hz。

4試驗(yàn)結(jié)果及討論

加載初期，試驗(yàn)件無明顯變化，隨著載荷的增加，試驗(yàn)件與夾具連接處發(fā)出輕微響聲，監(jiān)控載荷突然降低超過30%，停止試驗(yàn)。試驗(yàn)件上的螺栓孔由圓形變成橢圓形，連接螺栓未發(fā)現(xiàn)變形，試驗(yàn)件的破壞形式均為螺栓孔處填充芯材變形破壞。

6組試驗(yàn)件的載荷-應(yīng)變關(guān)系曲線如圖2所示。在加載的初始階段，載荷隨著應(yīng)變的增加而線性增加，當(dāng)載荷達(dá)到3000N后，6.4mm螺栓孔試驗(yàn)件的變化趨勢(shì)變緩，當(dāng)載荷接近4500N時(shí)，到達(dá)了試驗(yàn)件的強(qiáng)度極限，隨著應(yīng)變的繼續(xù)增加，載荷大致呈下降趨勢(shì)，說明此時(shí)螺栓孔處芯材已擠壓破壞，試驗(yàn)件失去承載力。通過無損檢測(cè)檢查發(fā)現(xiàn)預(yù)埋件與蜂窩/面板處有剝離，預(yù)埋膠板比較完整，未發(fā)生破壞，說明擠壓載荷主要通過膠板、黏結(jié)劑傳遞到周圍的蜂窩夾芯和面板。

擠壓破壞載荷隨預(yù)埋件及緊固件直徑變化的關(guān)系曲線如圖3所示。當(dāng)緊固件直徑一定時(shí)，擠壓破壞載荷隨預(yù)埋件直徑的增加而增加，且4.8mm緊固件的破壞載荷增加趨勢(shì)較6.4mm更為明顯。碳纖維材料面板、膠膜、預(yù)埋膠板及Nomex蜂窩采用整體成型加工，預(yù)埋膠板直徑越大，與蜂窩和面板的接觸面積越大，試驗(yàn)件的擠壓承載力越高。當(dāng)預(yù)埋件的直徑一定時(shí)，擠壓破壞載荷隨著緊固件孔徑的增加而增加，且預(yù)埋件直徑為20mm時(shí)擠壓破壞載荷增大了1046N，增加最為明顯。

5試驗(yàn)結(jié)論：

通過以上分析得出以下結(jié)論：

1）預(yù)埋膠板預(yù)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的擠壓承載力滿足設(shè)計(jì)要求；

2）擠壓載荷隨著預(yù)埋膠板直徑及擠壓孔經(jīng)的增加而呈線性增加，且預(yù)埋膠板直徑對(duì)擠壓承載力的影響更明顯。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)航空研究院.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2001：（340—375）

[2] 程文禮，袁超，邱啟艷，等. 航空用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)及制造工藝[J]. 航空制造技術(shù)，2015（7）：94-98.

[3] 婁程飛，張金奎，張 偉.夾層結(jié)構(gòu)預(yù)埋玻璃纖維板拉脫強(qiáng)度研究[J]. 玻璃鋼/復(fù)合材料，1003-0999（2017）07-0074-04.

（作者單位：中國(guó)特種飛行器研究所）