翼身融合结构的设计与制造.doc

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1、翼身融合整体件研制与设计，破坏模式图示破坏原因剪切皱折总体失稳有吋由总体失稳引起,芯子剪切模量低，或夹层板厚度不够面板起皱失稳而板薄，芯子床缩强度不够，或原始不平度大。为面板外鼓吋，可能板芯连接强度不够面板格间失稳面板太薄，格子尺寸太大2.夹层结构设计准则夹层结构设计，必须使其在设计载荷作用下满足强度和刚度要求，即①在设计载荷下，面板的面内应力应小于材料强度，或面板应变小于考虑损伤容限的许用应变。对于复合材料而板:设计载荷二使用载荷XnXfmo其小小是安全系数,fm是考虑附加湿热影响的载荷放大系数,fm=l.06、1・15。%1芯子应有足够的厚

2、度及刚度，以保证在设计载荷下不发生夹层板总体失稳、剪切破坏以及过大的挠度。%1芯子应有足够的弹性模量，夹层结构应有足够的厚度方向拉、压强度,以保证在设计载荷下，而板不发生皱屈。%1面板应足够厚，蜂窝芯格尺寸应足够小，以防止在设计载荷下发生格内面板失稳。%1尽量避免夹层结构承受垂直于板面的集屮载荷，以防止局部芯子斥塌或面板拉脱。半集屮载荷不可避免时，应采取措施，将载荷分散到其他承力构件上去，而不传给芯子。3.夹层结构选材原则面板材料的选择包括纤维和树脂两部分，具体内容见7.3节。芯子材料选择应遵循的原则有:芯子材料密度低，有足够的强度和刚度胶接性

3、能好与面板的电性能相匹配，避免电偶腐蚀工艺性能良好，价格低。对于某些特殊构件，要考虑芯子的电性能、导热性能、阻燃、防毒和防烟雾性能等。蜂窝芯子有铝蜂窝、玻璃纤维蜂窝以及芳纶纸蜂窝（即No***x蜂窝）。芯子形状有正六边形和长方形等，一般采用正六边形。N（）***x蜂窝是常用的非金属材料蜂窝，它的模量比同密度的铝蜂窝低很多，强度比铝蜂窝略低，但它有良好的韧性及抗损伤能力，特别是局部损伤后不易产生永久变形。夹层结构屮的胶粘剂分为板一芯胶、芯与骨架元件（如梁、肋）粘接胶，以及芯子与芯子拼接胶三类，其屮板一芯胶最为重要。面板与蜂窝芯子之间的胶粘剂与一般

4、的板一板胶存在差异，有其自己特殊要求。选用板一芯胶时要注意，胶在固化过程屮会产生挥发分，这些挥发分会导致内斥，引起局部区域脱胶或产生气孔挥发气体可能使芯子开裂或使芯格变形，挥发水分对芯子和胶本身能产生腐蚀或降低其性能，因此建议选用挥发分不大于1/100的胶粘剂。大部分芯子不能承受过大的固化压力（如超过儿个大气压），但为了增加胶接强度，仍要求一定的胶接压力（约二个大气压）。固化压力是胶接工艺的重要参数,选用胶吋应充分注意，并进行一定的工艺试验。所选用胶粘剂，应使芯子与而板在贴合处形成胶瘤，即所谓“填角成形”的能力，以获得足够的胶接强度。由于对芯子

5、的加工较难控制外形容差,所选用胶应有良好的“间隙填充”性能而无需附加的强度补偿。胶粘剂木身强度都远大于芯子的强度，因此对板一芯胶强度要求主要是它的韧性指标。胶接夹层结构的韧性是指在静或动载下，胶接面抵抗板芯剥离的能力。剥离强度直接反映了胶接面的韧性，是夹层结构设计屮必须测量的一个参数。为了获得良好的耐环境(湿热)以及抗老化的性能,板一芯胶一般采用胶膜形式。板一芯胶应与其他配套胶以及面板材料具有良好的相容性。2.夹层结构设计一般来说，夹层结构设计的n的是增加刚度，得到光滑的气动外形,减少结构质量和成本，降低噪声,增大或减少某方向的热变换，在强烈的

6、声振屮能增加耐久性。下面给出一些具体的设计方法，以供参考。不同的设计对成本的影响极大，如图734所示的端头闭合设计屮，图734(a)比图734(b)要好，图734(c)通过增加芯子密度代替梁肋，费用更低,因此,设计者应了解制造工艺，使设计的结构制造成本最低。同一夹层结构可根据外载的情况，使用不同密度的芯子,用芯一芯胶将它们拼接。但是，半夹层结构几何尺寸较小，芯材拼接块数较多吋,拼接胶的质量往往会抵消采用不同密度芯子所省下的质量，这吋不宜采用这种设计方法。夹层结构经常使用螺接或钏接传递高载，但机械连接会降低夹层结构的疲劳寿命，因此，设计时应尽量避

7、免钏钉过多过密。钏接时尽量采用压钏，以减少对夹层结构的冲击。为保证芯子平滑切割，避免使用“起伏”切割(也称“松弛切割”)，应根据面板应力分布。图734蝶窝夹层板端头闭合设计用铺层丢层设计逐渐改变面板厚度。蜂窝芯子切割屮的外形公差可用胶膜填补。半芯子切割形而误差较大时，可用预先固化的玻璃纤维垫板填补，如图735所示。夹层结构胶接固化吋，为增加胶接强度，要求施加一定的固化压力，压力达不到的地方，用膨胀发泡胶胶接。如图736所示,梁突缘内侧与蜂窝连接处用带状泡沫胶J118胶接。胶带膨胀后的厚度为原来的2.5倍。图735芯子切割凹陷填补图736夹层结构

8、固化压力要求夹层结构的设计步骤与设计对象及使用的分析方法有关。H前,航空航天上常用全高度夹层结构，其形面及外形复杂，结构的支持条件也不规则。而有限元法