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        玻璃密度板拉脱强度的研究

        出自: 密度板 发布时间:2019-05-15 已被浏览:44次

        1 前 言

        复合材料蜂窝夹层结构一般由上下面板、芯材、粘接层等组成,其上镶嵌有埋件,形成传力接头。埋件结构?#22681;?#26500;设计中广泛使用的连?#26377;?#24335;,是蜂窝结构与其他结构连接时的主要受力部件。根据制备工艺的不同,埋件分为预埋件和后埋件,埋件多使用金属埋件,多采用后埋工艺。目前埋件夹层结构的破坏机理尚不明确,埋件的拉脱强度一般通过试验获得。

        本文采用玻璃密度板G1040.25"预埋于0.4mm厚碳纤维材料面板纸?#30740;?6.34 mm厚)的夹层结构中。研究结果表明,随着预埋件?#26412;?#22686;加,拉脱载荷不断增加,但当预埋件?#26412;?#22823;于30mm后,预埋件?#26412;?#30340;增加对拉脱载荷的提高已经没有意义,这主要是因为面板出现了皱褶失稳破坏。

        2 拉脱强度试验

        2.1 试验件

        夹层结构拉脱强度试验件示意图如图1所示,阴影区域为预埋玻璃密度板,中间开孔处安装螺栓。

        2.1.1试验件材料

        试验件采用碳纤维材料面板和Nomex蜂窝的夹层结构,主要材料如表1所示。

        表1 试验件材料
        序号 结构名称 材料 生产厂家 备注
        1 面板 T700S-12K-
        50C/#2510
         
        日本东丽
         
        碳纤维织物预浸料,
        厚约0.44mm
        2 胶膜 EA9696.060 Henkel
        3 黏结剂 AF 3024 3M 公司
        4 蜂窝 AHN4120-3/16-
        3.00-t0.25"
         
        美国赫氏
         
        正六边型结构,
        厚度约6.34mm
        5 预埋件 G10-t0.25" 日本东丽
         
        玻璃密度板,
        厚度约6.34 mm;

         

        2. 1.2 试验件矩阵(见表2)

        表2 试验件矩阵
        组号 试件件编号 L D d 数量
        1 S1-PG10-203-0101~ 0108 200 20 4.8 8
        2 S1-PG10-204-0101~ 0108 200 20 6.4 8
        3 S1-PG10-303-0101~ 0108 240 30 4.8 8
        4 S1-PG10-304-0101~ 0108 240 30 6.4 8
        5 S1-PG10-403-0101~ 0108 300 40 4.8 8
        6 S1-PG10-404-0101~ 0108 300 40 6.4 8

         

        试验件编号按以下格式命名:例如:S1PG10-203-0101

        第一段“S1”表示一种夹层结构铺层;

        第二段“PG10”表示填充玻璃板(G10-t0.25")拉脱强度试验;

        第三段“203”表示填充?#26412;?#20026;20 mm,安装螺栓NAS6303- 8(螺栓?#26412;?#20026;4.8mm) ;“204”表示填充?#26412;?#20026;20 mm,安装螺栓NAS6304-8(螺栓?#26412;?#20026;6.4 mm) ;以此类推;

        第四段“0101”表示01块大板上的01号试验件,以此类推,序号增加。

        2.2 试验过程

        2.2.1 试验安装

        不同预埋件?#26412;?#30340;试验件对应不同的夹具,D为20mm试验件对应的夹具间隙孔?#26412;?#20026;140 mm,D为30 mm试验件对应的夹具间隙孔?#26412;?#20026;180mm,D为40 mm试验件对应的夹具间隙孔?#26412;?#20026;240 mm,间隙孔?#26412;?#20026;夹具孔?#26412;丁?/p>

        试验安装时,为保证安装后试验件居中,安装前需在试验机底板上标?#21069;?#35013;位置,安装后采?#20204;?#38180;检查是否居中,如果不居中,调整试安装位置直至居中。

        本试验紧固件NAS6303-8(螺栓?#26412;?#20026;4.8mm)拧紧力矩预设为1.2N.m,紧固件NAS6304-8(螺栓?#26412;?#20026;6.4 mm)拧紧力矩预设为2.4 N*m。

        2.2.2 试验步骤

        加载采用位移控,加载速率为2mm/min, 数据采样频率为20Hz。开启试验机,加载直至达到最大载荷,并且载荷从最大载荷下降30%为止,以防止因孔的大变形而掩盖真实的破坏形式。卸载,取下试验件,记录试验件最大破坏载荷和破坏形式及相应的载荷位移曲线。

        3 试验结果与?#33268;?/p>

        典型载荷位移曲线如图2所示,拉脱破坏载荷及破坏形式如表3所示。

        表3 拉脱破坏载荷及破坏形式
        组号 样品编号 Fm Sn-1 CV 破坏形式
        1 S1-PG10-203-*** 6313.2 568.2 9% 与蜂窝胶结处撕裂或边缘处皱褶失稳
        2 S1-PG10-204-*** 6118.1 673.0 11% 与蜂窝胶结处撕裂或边缘处皱褶失稳
        3 S1-PG10-303-*** 8154.5 982.1 12% 边缘处皱褶失稳
        4 S1-PG10-304-**** 8878.9 475.9 5% 边缘处皱褶失稳
        5 S1-PG10-403-**** 7067.0 422.1 6% 边缘处皱褶失稳
        6 S1-PG10-404-**** 7283.3 404.2 6% 边缘处皱褶失稳

         

        加载过程中预埋件所在区域的上、下面板出现了明显的拉伸变形,这说明拉脱载荷通过预埋件、黏结剂传递给周围的蜂窝?#34892;?#21644;面板。加载到最大载荷后,试验件发生脆性破坏,典型载荷位移曲线如图2所示。试验件的主要破坏形式为预埋件与蜂窝胶结处撕裂破坏和试验件边缘处皱褶失稳破坏。

        由表3可知,预埋件?#26412;?#20026;20mm时,拉脱载荷约为6200N,较许文彬等、李莺歌等43800N左右的类似金属后埋件结构,拉脱载荷有较大提高。这是由于采用预埋工艺,面板和埋件结合为整体,且埋件与蜂窝胶结接触面积增大,有效提高了拉脱载荷。

        预埋件?#26412;?#30001;20mm(夹具间隙孔?#26412;?#20026;140mm)n)变为30mm(夹具间隙孔?#26412;?#20026;180mm)时,破坏形式由预埋件与蜂窝胶结处撕裂或试验件边缘处皱褶失稳变为试验件边缘处皱褶失稳破坏。破坏载荷由6200N左右增加到8300N左右。

        这主要是由于拉脱力经过周围的胶黏剂?#32422;?#20999;力形式传递给周围的蜂窝?#34892;盡?#38543;着埋件?#26412;?#22686;加,有效剪切面积增加,剪切力增大,进而拉脱载荷增大。预埋件?#26412;?#36739;小,预埋件周围的剪切力小于试验件皱褶稳定载荷,进而试验件预埋件与蜂窝胶结处撕裂破坏。预埋件?#26412;?#36739;大,预埋件周围剪切力大于试验件皱褶稳定载荷,进而试验件边缘处皱褶失稳破坏。

        预埋件?#26412;?#30001;30mm(夹具间隙孔?#26412;?#20026;180mm)变为40mm(夹具间隙孔?#26412;?#20026;240mm),破坏形式均为试验件边缘处皱褶失稳破坏。破坏载荷由8300N左右降到7000N左右。

        预埋件?#26412;?#22823;于30mm,预埋件周围剪切力大于试验件皱褶稳定载荷,进而试验件边缘处皱褶失稳破坏。但预埋件?#26412;?#20026;30mm时,试验夹具间隙孔?#26412;?#20026;180mm,预埋件?#26412;?#20026;40mm时,试验夹具间隙孔?#26412;?#20026;240mm,间隙孔?#26412;?#30340;增大,增加了附加弯矩,因弯矩增加而增加的载荷大于因预埋件?#26412;?#22686;加而增大的载荷,进而拉脱载荷下降。

        结论

        (1)拉脱载荷主要通过预埋件、黏结剂传递给周围的蜂窝?#34892;?#21644;面板;

        (2)较类似金属后埋件结构的,拉脱载荷有较大提高;

        (3)随着预埋件?#26412;?#30340;增加,拉脱载荷不断增加;

        (4)预埋件?#26412;?#22823;于30mm后,预埋件?#26412;?#22686;加对拉脱载荷的提高已经没有意义,这主要是因为面板已经开始皱褶失稳破坏。

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