复合材料夹层结构分析

第第 五章五章 夹层结构设计夹层结构设计Design of sandwich structure 1 夹层结构的原理夹层结构的原理 2 夹层结构的特点夹层结构的特点 3 夹层结构的制造技术夹层结构的制造技术 4 蜂窝的工程弹性常数计算蜂窝的工程弹性常数计算 5 夹层结构的失效模式夹层结构的失效模式 夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的芯子胶接夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的芯子胶接而成具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、而成具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲劳、吸音和隔热等优点耐疲劳、吸音和隔热等优点A sandwich panel(12 mm thickness)with an aluminium foam core and two steel faceplates Sweden(a)The Beech Starship (b)Voyager 一一 夹层结构的原理夹层结构的原理 在航空、风力发电机叶片、体育运动器材、船在航空、风力发电机叶片、体育运动器材、船舶制造、列车机车等领域，大量使用了舶制造、列车机车等领域，大量使用了夹层结构，夹层结构，减轻重量减轻重量，在夹层结构中，在夹层结构中，使用低密度夹心材料增加层合使用低密度夹心材料增加层合板的厚度板的厚度，从而达到，从而达到提高材料刚度的目的提高材料刚度的目的。

这样在这样在重量增加很少重量增加很少的前提下，大幅度的的前提下，大幅度的提高提高结构的刚度结构的刚度一一 夹层结构的原理夹层结构的原理 在弯曲荷载下，在弯曲荷载下，面层材料主要承担拉应力和压应力，面层材料主要承担拉应力和压应力，芯材主要承担剪切应力，芯材主要承担剪切应力，同时，对于很薄的薄壁夹层结构，还需要注同时，对于很薄的薄壁夹层结构，还需要注意意 荷载的施加方式对夹层结构的影响荷载的施加方式对夹层结构的影响 和和 夹层结构对冲击荷载的承受能力夹层结构对冲击荷载的承受能力采用夹层结构方式采用夹层结构方式是为了提高材料的有效利用率是为了提高材料的有效利用率和减轻结构重量，和减轻结构重量，以梁板构件为例，在使用过程中，以梁板构件为例，在使用过程中，一要满足强度要求一要满足强度要求，二要满足刚度的需要二要满足刚度的需要，夹层结构得以发展的主要原因夹层结构得以发展的主要原因 玻璃钢材料的特点是强度高，模量玻璃钢材料的特点是强度高，模量低因此，用单一的玻璃钢材料制造梁板，因此，用单一的玻璃钢材料制造梁板，满足强度要求时满足强度要求时，挠度往往很大挠度往往很大，如果按如果按允许挠度进行设计允许挠度进行设计，则，则强度大大超过，造成浪费强度大大超过，造成浪费。

只有采用夹层结构形式进行设计，才能只有采用夹层结构形式进行设计，才能合理的解决这一合理的解决这一矛盾矛盾这也是夹层结构得以发展的主要原因这也是夹层结构得以发展的主要原因.夹层结构得以发展的主要原因夹层结构得以发展的主要原因夹层结构分类夹层结构分类 夹层结构的夹层结构的蒙皮和夹芯材料蒙皮和夹芯材料种类很多，种类很多，如果用铝、钛合金做蒙皮和芯材，则称为如果用铝、钛合金做蒙皮和芯材，则称为金属夹金属夹层结构层结构；用玻璃钢薄板，木质胶合板和无机复合材料板做用玻璃钢薄板，木质胶合板和无机复合材料板做蒙皮蒙皮，用玻璃钢蜂窝、纸蜂窝及泡沫塑料做，用玻璃钢蜂窝、纸蜂窝及泡沫塑料做夹芯夹芯材料材料，则称为，则称为非金属材料夹层结构非金属材料夹层结构目前，以目前，以玻璃钢薄板做蒙皮玻璃钢薄板做蒙皮、玻璃钢蜂窝和泡沫玻璃钢蜂窝和泡沫塑料塑料做芯材的夹层结构应用最广做芯材的夹层结构应用最广夹层结构的特点夹层结构的特点 1)具有大的弯曲刚度具有大的弯曲刚度/重量比重量比,弯曲强度弯曲强度/重量比重量比 2)具有良好的吸声具有良好的吸声,隔声隔声,隔热性能隔热性能 3)具有大的屈曲临界载荷具有大的屈曲临界载荷 4)对湿热环境敏感对湿热环境敏感,设计时要防潮密封设计时要防潮密封 5)面板对低能冲击敏感面板对低能冲击敏感 6)修补困难修补困难面面 板板 可选择铝、不锈钢、玻璃钢、天然石材、防火可选择铝、不锈钢、玻璃钢、天然石材、防火板装饰板、喷塑金属板板装饰板、喷塑金属板,复合材料等，以满足不同复合材料等，以满足不同的使用要求。

的使用要求2 夹层材料夹层材料选择面板时，主要考虑的是选择面板时，主要考虑的是材料的刚度和强度材料的刚度和强度，表表1 几种常用板材重量刚性比较几种常用板材重量刚性比较板材种类板材种类厚度厚度(mm)弯曲刚度弯曲刚度N(m2/m)重量重量(kg)比刚度比刚度铝蜂窝夹层板铝蜂窝夹层板201.15 x 1066.310.8铝板铝板12.51.15 x 10633.85.3钢板钢板8.751.15 x 10668.71.0幕墙幕墙(1m x 2m)风压风压300kgf/m2风压风压500kgf/m215mm厚夹层板厚夹层板变形量变形量5.2mm变形量变形量10.5mm20mm厚夹层板厚夹层板变形量变形量3.7mm变形量变形量7.1mm表表2 铝蜂窝板抗风压力能力铝蜂窝板抗风压力能力 面面板板的的铺铺层层方方式式夹心材料夹心材料 选择面板时，主要考虑的是选择面板时，主要考虑的是材料的刚度和强度材料的刚度和强度，但是对于芯材的选择，首先考虑的但是对于芯材的选择，首先考虑的是重量是重量为了是为了是面板在相互之间保持一定距离的同时，面面板在相互之间保持一定距离的同时，面板能保持稳定，夹心材料有时还必须承受一定的板能保持稳定，夹心材料有时还必须承受一定的应力。

应力芯材主要承受的剪应力，有时还存在压应力芯材主要承受的剪应力，有时还存在压应力芯子材料密度低，有足够的强度和刚度；芯子材料密度低，有足够的强度和刚度；胶接性能好；胶接性能好；与面板的电性能相匹配，避免电偶腐蚀；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、导对于某些特殊构件，要考虑芯子的电性能、导热性能以及阻燃、防毒和防烟雾性能等热性能以及阻燃、防毒和防烟雾性能等电性能、导热性以及阻燃、防毒和防烟雾性能电性能、导热性以及阻燃、防毒和防烟雾性能等芯子材料选择应遵循的原则有芯子材料选择应遵循的原则有目前，主要的夹心材料有目前，主要的夹心材料有 蜂窝材料，泡沫材料和木材蜂窝材料，泡沫材料和木材蜂窝材料蜂窝材料 蜂窝材料蜂窝材料主要有主要有 铝蜂窝、铝蜂窝、(芳香聚酰氨芳香聚酰氨)NOMEX蜂窝蜂窝 和普通纸蜂窝和普通纸蜂窝是是一种强度重量比最高的结构材料，同时价格也一种强度重量比最高的结构材料，同时价格也比较便宜比较便宜根据不同的设计和制作工艺，孔隙有不同的根据不同的设计和制作工艺，孔隙有不同的几何形状通常是六角形几何形状。

通常是六角形铝蜂窝材料一般是未张拉的蜂窝块的形式，在使铝蜂窝材料一般是未张拉的蜂窝块的形式，在使用现场进行张拉用现场进行张拉铝蜂窝夹心材料在一定的重量条件下，可以做得铝蜂窝夹心材料在一定的重量条件下，可以做得很薄然而，这种薄壁可能会导致蜂窝的表面，尤其是很薄然而，这种薄壁可能会导致蜂窝的表面，尤其是在蜂窝孔隙较大的情况下，发生局部的稳定破坏在蜂窝孔隙较大的情况下，发生局部的稳定破坏除此以外，铝蜂窝和碳纤维同时使用，除此以外，铝蜂窝和碳纤维同时使用，由于这两种由于这两种材料都不是绝缘材料，会发生接触腐蚀材料都不是绝缘材料，会发生接触腐蚀对蜂窝材料作对蜂窝材料作接触腐蚀的接触腐蚀的内部检查成本很高内部检查成本很高铝蜂窝铝蜂窝 通过敲击可以初步检查蜂窝材料的质量和损坏情况通过敲击可以初步检查蜂窝材料的质量和损坏情况铝蜂窝材料还有一个缺陷铝蜂窝材料还有一个缺陷就是就是没有没有“力学记忆力学记忆”夹心层板受到冲击以后，蜂窝的变形是不可恢复，然而，夹心层板受到冲击以后，蜂窝的变形是不可恢复，然而，FRP面材具备一定的弹性，在冲击荷载过后，恢复到原面材具备一定的弹性，在冲击荷载过后，恢复到原来的位置。

来的位置这将导致在局部区域，这将导致在局部区域，面材和芯材脱离面材和芯材脱离，夹层结构的力，夹层结构的力学性能降低学性能降低铝蜂窝铝蜂窝 NOMEX蜂窝夹心材料蜂窝夹心材料是由芳纶纸浸酚醛树脂制成，在是由芳纶纸浸酚醛树脂制成，在航天、航空结构、船舶制造中具有广泛的应用领域航天、航空结构、船舶制造中具有广泛的应用领域和铝蜂窝相比，发生局部屈曲的几率要小得多，因为蜂窝的和铝蜂窝相比，发生局部屈曲的几率要小得多，因为蜂窝的壁相对的要厚一些壁相对的要厚一些另外，因为另外，因为NOMEX材料不导电，不存在接触腐蚀的问题材料不导电，不存在接触腐蚀的问题但是和其它芳纶产品一样，不能抵抗紫外线的侵蚀但是和其它芳纶产品一样，不能抵抗紫外线的侵蚀，使用时，使用时外部通常覆有面板，起到一定的防护作用外部通常覆有面板，起到一定的防护作用在有阻燃要求的一些场合，也有使用酚醛泡沫填充蜂窝在有阻燃要求的一些场合，也有使用酚醛泡沫填充蜂窝孔隙，提高材料和面材之间的粘结性能和结构隔热性能例孔隙，提高材料和面材之间的粘结性能和结构隔热性能例如，在公共交通工具内使用时如，在公共交通工具内使用时在航空领域，一些常见的使用在航空领域，一些常见的使用NOMEX蜂窝的结构有：蜂窝的结构有：机翼的前缘和尾翼，起落架舱门、其它各种舱门和机翼的前缘和尾翼，起落架舱门、其它各种舱门和整流罩。

整流罩NOMEX蜂窝蜂窝纸蜂窝纸蜂窝 普通纸蜂窝由于强度很低，吸水，不在复合普通纸蜂窝由于强度很低，吸水，不在复合材料夹层结构中使用材料夹层结构中使用蜂窝夹层结构的局限性蜂窝夹层结构的局限性 尽管蜂窝夹层结构在结构性能上有突出的优点，但尽管蜂窝夹层结构在结构性能上有突出的优点，但是是航空公司还是在寻找其它更好的材料来代替航空公司还是在寻找其它更好的材料来代替，原因是蜂窝夹心材料在各种用途的使用过程中需要原因是蜂窝夹心材料在各种用途的使用过程中需要昂贵的维护费用昂贵的维护费用因为在一些特殊情况下，因为在一些特殊情况下，蜂窝会进水蜂窝会进水例如，例如，面板出现裂缝以后在低温下，蜂窝孔隙中面板出现裂缝以后在低温下，蜂窝孔隙中的水冻结，发生膨胀，会破坏相邻的蜂窝孔隙的水冻结，发生膨胀，会破坏相邻的蜂窝孔隙聚合物泡沫是一种最常用的芯材聚合物泡沫是一种最常用的芯材主要有，主要有，聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（）、聚氨酯（PU）、）、聚苯乙烯（聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸亚胺（）、聚甲基丙烯酸亚胺（PMI）、）、聚醚酷亚胶（聚醚酷亚胶（PEL）和丙烯腈一苯乙烯（和丙烯腈一苯乙烯（SAN或或AS），），密度从密度从30kgm3到到300kgm3不等。

不等通常在复合材料中，使用的泡沫密度在通常在复合材料中，使用的泡沫密度在 40kgm3 200kgm3之间泡沫材料泡沫材料聚氯乙烯聚氯乙烯PVC泡沫泡沫 聚氯乙烯聚氯乙烯PVC泡沫是一种闭孔泡沫严格的讲，它实际泡沫是一种闭孔泡沫严格的讲，它实际上是上是PVC和聚氨酯混合物，但常常都简单的说成和聚氨酯混合物，但常常都简单的说成PVC泡沫PVC泡沫具有综合的静力和动力性能，不易受潮使用泡沫具有综合的静力和动力性能，不易受潮使用温度在温度在-24080，并且能够耐多种化学物质腐蚀并且能够耐多种化学物质腐蚀尽管尽管PVC泡沫是可燃材料，但是阻燃类型的泡沫是可燃材料，但是阻燃类型的PVC泡沫可泡沫可以在具有防火严格要求的结构中，例如列车以在具有防火严格要求的结构中，例如列车PVC泡沫耐苯，所以能够和聚酯树脂共同使用泡沫耐苯，所以能够和聚酯树脂共同使用PVC泡沫主要用在一些不需要压力罐的工艺中在选择泡沫主要用在一些不需要压力罐的工艺中在选择固化工艺方法时，需要注意固化工艺方法时，需要注意PVC泡沫在温度升高时会释放泡沫在温度升高时会释放孔隙气体孔隙气体聚氯乙烯聚氯乙烯PVC泡沫泡沫 有两种主要的有两种主要的PVC泡沫，泡沫，一种是交联一种是交联，另外一另外一种是非交联（有时也叫做线性种是非交联（有时也叫做线性PVC泡沫）泡沫）。

线性线性PVC，即非交联，即非交联PVC泡沫（例如泡沫（例如AirexR6380），兼具良好韧性和柔性，可以按），兼具良好韧性和柔性，可以按照曲面形状热成形但是，线性照曲面形状热成形但是，线性PVC的力学性能、的力学性能、化学稳定性（耐苯）和热变形性能和交联的化学稳定性（耐苯）和热变形性能和交联的PVC泡泡沫相比，在相同的密度条件下，相对要低一些沫相比，在相同的密度条件下，相对要低一些交联交联PVC的硬度和脆性较高在高温下，不的硬度和脆性较高在高温下，不容易变软或发生蠕变常见的交联容易变软或发生蠕变常见的交联PVC产品有产品有 Herex C系列泡沫、系列泡沫、DivinycellH和和HT泡沫以及泡沫以及 POlimex Klegecell和和 Termanto的的PVC泡沫泡沫其它泡沫材料其它泡沫材料 聚苯乙烯聚苯乙烯PS泡沫泡沫广泛用在船舶、冲浪板制造行业广泛用在船舶、冲浪板制造行业虽然其拥有重量轻（虽然其拥有重量轻（40kgm3），成本低，易于机），成本低，易于机械加工等主要优点，但是因为力学性能差，很少在高械加工等主要优点，但是因为力学性能差，很少在高性能结构构件中使用另外，这种泡沫不能和聚酯树性能结构构件中使用。

另外，这种泡沫不能和聚酯树脂同时使用，因为树脂中含有的苯会溶化泡沫脂同时使用，因为树脂中含有的苯会溶化泡沫聚氨酯聚氨酯PU泡沫泡沫的力学性能表现一般，树脂芯材的界面的力学性能表现一般，树脂芯材的界面发生老化，导致面板剥离作为结构材料使用时，常发生老化，导致面板剥离作为结构材料使用时，常常是用作构件的加强筋或加劲肋但是聚氨酯泡沫也常是用作构件的加强筋或加劲肋但是聚氨酯泡沫也能用作荷载较小情况下的夹层层板中，起到隔热作用能用作荷载较小情况下的夹层层板中，起到隔热作用该类泡沫的使用温度是该类泡沫的使用温度是150左右，同时吸声性能好左右，同时吸声性能好泡沫的机械加工成形简单泡沫的机械加工成形简单其它泡沫材料其它泡沫材料 聚醚酸亚胶聚醚酸亚胶PEI泡沫泡沫，由，由聚聚醚酸亚胺聚醚砜发泡而成，醚酸亚胺聚醚砜发泡而成，具有很高的使用温度和良好的防火性能，尽管价位相对具有很高的使用温度和良好的防火性能，尽管价位相对较高，但是这种泡沫可以在有结构要求，高温情况下，较高，但是这种泡沫可以在有结构要求，高温情况下，具有防火要求的部位使用其使用温度在具有防火要求的部位使用其使用温度在-194到十到十180之间。

由于能满足严格的防火阻燃要求，适合在之间由于能满足严格的防火阻燃要求，适合在飞机和列车内使用飞机和列车内使用聚甲基丙烯酸亚胺聚甲基丙烯酸亚胺PMI泡沫泡沫是德国德固赛公司生产，商是德国德固赛公司生产，商标是标是ROHACELL在所有的泡沫中，相同密度的条在所有的泡沫中，相同密度的条件下对比，是强度和刚度最高的泡沫其高温下耐蠕变件下对比，是强度和刚度最高的泡沫其高温下耐蠕变性能使得该泡沫能够适用高温固化的树脂和预浸料性能使得该泡沫能够适用高温固化的树脂和预浸料PMI泡沫在适当的高温处理以后，能承受泡沫在适当的高温处理以后，能承受190的固化的固化工艺对泡沫的尺寸稳定性的要求，在航空领域中得到了工艺对泡沫的尺寸稳定性的要求，在航空领域中得到了广泛的应用广泛的应用PMI泡沫是采用固体发泡工艺制作，泡沫泡沫是采用固体发泡工艺制作，泡沫的孔隙基本一致、均匀的的孔隙基本一致、均匀的100闭孔泡沫闭孔泡沫其它泡沫材料其它泡沫材料 PMI泡沫适用于多个领域泡沫适用于多个领域，包括电子，运载火箭，航，包括电子，运载火箭，航空，铁路机车，船舶以及天线，雷达天线罩，体育空，铁路机车，船舶以及天线，雷达天线罩，体育器材等。

目前在国外的主要应用有：美国的器材等目前在国外的主要应用有：美国的Delta运运载火箭的整流罩，日本三菱的载火箭的整流罩，日本三菱的HllA运载火箭的整运载火箭的整流罩，日本新干线的火车头，通用、西门子等公司流罩，日本新干线的火车头，通用、西门子等公司的医疗床板，的医疗床板，Vestas的风力发电机叶片，还有导弹、的风力发电机叶片，还有导弹、直升机和飞机项目直升机和飞机项目丙烯腈一苯乙烯丙烯腈一苯乙烯SAN泡沫泡沫，性能和韧性与增强后的，性能和韧性与增强后的交联交联PVC泡沫相似，具有交联泡沫相似，具有交联PVC的大部分静力特的大部分静力特性，但是延伸率和韧性相比更高和普通以及韧性性，但是延伸率和韧性相比更高和普通以及韧性增强后的交联增强后的交联PVC相比，抗冲击性能因此也更好相比，抗冲击性能因此也更好和韧性增强的和韧性增强的PVC不同，不同，PVC是使用塑性剂来提高是使用塑性剂来提高聚合物的韧性，而聚合物的韧性，而SAN泡沫是聚合物本身具有的韧泡沫是聚合物本身具有的韧性特点，不会发生老化性特点，不会发生老化其它泡沫材料其它泡沫材料 在大多数应用场合，可以用在大多数应用场合，可以用SAN泡沫泡沫代替线代替线性性PVC泡沫，因为泡沫，因为SAN泡沫具有部分线性泡沫具有部分线性PVC的韧的韧性和延伸率的同时，还有更好的耐高温性能和静力性和延伸率的同时，还有更好的耐高温性能和静力性能。

性能SAN泡沫能够热成形，可以方便的构筑结构泡沫能够热成形，可以方便的构筑结构的曲面热稳定型的热稳定型的SAN泡沫也能和低温固化预浸料泡沫也能和低温固化预浸料共同使用，常见的共同使用，常见的SAN泡沫产品有泡沫产品有ATC CoreCell公司的公司的A一系列泡沫一系列泡沫Foam core material PVC:PolyvinylchloridePMI:Polymethacrylimide木材 木材可以看成是一种木材可以看成是一种天然的蜂窝材天然的蜂窝材料料，因为它的微观结构和六边型的人造蜂，因为它的微观结构和六边型的人造蜂窝的孔隙相似窝的孔隙相似在夹层结构中使用时，要求木材的纤在夹层结构中使用时，要求木材的纤维方向和面板相垂直，这样，构件的力学维方向和面板相垂直，这样，构件的力学性能和使用人造的蜂窝相似但是，尽管性能和使用人造的蜂窝相似但是，尽管可以进行各种各样的化学处理，可以进行各种各样的化学处理，所有的木所有的木质芯材还是会受到湿气的影响，如果没有质芯材还是会受到湿气的影响，如果没有被面材或树脂密封的话，木质芯材会发生被面材或树脂密封的话，木质芯材会发生腐烂木木材材 端面巴萨木是最常用的木材芯材端面巴萨木是最常用的木材芯材。

巴萨木巴萨木最先是在最先是在19世纪世纪40年代，在飞艇的船体中使用铝面板和巴萨木芯材，年代，在飞艇的船体中使用铝面板和巴萨木芯材，抵抗在水面着陆时受到的重复的冲击荷载随后，开始在抵抗在水面着陆时受到的重复的冲击荷载随后，开始在海洋结构中使用端面巴萨木作为海洋结构中使用端面巴萨木作为FRP结构的芯材巴萨木结构的芯材巴萨木除了具有高的压缩性能，还有很好的隔热性能和隔音性能除了具有高的压缩性能，还有很好的隔热性能和隔音性能在加热以后，材料不会发生变形，在遇火时，用作隔热层在加热以后，材料不会发生变形，在遇火时，用作隔热层和烧蚀层，芯层慢慢烧焦，使未遇火的面材保持结构性能和烧蚀层，芯层慢慢烧焦，使未遇火的面材保持结构性能同时，巴萨木还能提供向上的浮力，其加工工具和设备简同时，巴萨木还能提供向上的浮力，其加工工具和设备简单巴萨木芯材产品一般有织物背村，单巴萨木芯材产品一般有织物背村，350mm厚，具厚，具有一定轮廓刚性端面巴萨木板材的厚度可以达到有一定轮廓刚性端面巴萨木板材的厚度可以达到100mm针对真空袋、预浸料工艺或压力基础上的制造针对真空袋、预浸料工艺或压力基础上的制造工艺艺过程，例如工艺艺过程，例如 RTMI艺，这种板材可以预先采用树脂艺，这种板材可以预先采用树脂涂覆。

涂覆巴萨木的一个缺点是最小密度偏大，通常最小密度值巴萨木的一个缺点是最小密度偏大，通常最小密度值大约是大约是100kgm3但在层会的过程中，巴萨木还要吸但在层会的过程中，巴萨木还要吸收大量的树脂为了减少树脂的吸收增加重量，可以预先收大量的树脂为了减少树脂的吸收增加重量，可以预先用泡沫密封巴萨木的应用通常限制在那些重量不是要求用泡沫密封巴萨木的应用通常限制在那些重量不是要求很高或局部承载力要求很高的地方很高或局部承载力要求很高的地方木材 另外一种常用作夹层结构芯材的木材另外一种常用作夹层结构芯材的木材是是松木松木船舶结构中，常常以松木条板，加上船舶结构中，常常以松木条板，加上复合材料面板松木的木材纤维方向和层复合材料面板松木的木材纤维方向和层板的面板平行松木纤维沿船的长度方向，板的面板平行松木纤维沿船的长度方向，提供纵向的刚度，在提供纵向的刚度，在FRP面材中纤维以面材中纤维以45向铺放，提供扭转刚度，保护木材向铺放，提供扭转刚度，保护木材芯层其它芯材材料其它芯材材料 虽然通常这些材料不是真正意义上的夹层结虽然通常这些材料不是真正意义上的夹层结构芯材，但是也常用一些低密度、薄层织物降低构芯材，但是也常用一些低密度、薄层织物降低单层层板的密度。

单层层板的密度例如，例如，CorematTM和和SpheretexTM等含有等含有大量孔隙的无纺布毡厚度通常只有大量孔隙的无纺布毡厚度通常只有1一一3mm厚，厚，象层板中的一个层，在铺设过程中，铺层树脂会象层板中的一个层，在铺设过程中，铺层树脂会浸润无纺布毡浸润无纺布毡这样树脂代替孔隙以后，中间织物的重量和这样树脂代替孔隙以后，中间织物的重量和泡沫或蜂窝相比，要重得多，但是和相同厚度的泡沫或蜂窝相比，要重得多，但是和相同厚度的玻璃纤维层合板相比，要轻一些玻璃纤维层合板相比，要轻一些由于很薄，它很容易做成二维曲面，操作方由于很薄，它很容易做成二维曲面，操作方便简单NOMEX、铝蜂窝产品、铝蜂窝产品BAMTRI NRH型芳纶纸蜂窝芯材常用规格/性能(Mpa)规规格格边长密度边长密度平面压缩平面压缩纵向剪切纵向剪切横向剪切横向剪切强度强度模量模量强度强度模量模量强度强度模量模量2.0-290.58/0.3820.60.218.92.0-481.63107.01.1637.80.6322.82.0-804.77241.31.5568.21.4435.73.0-481.81107.61.1536.90.7023.83.0-804.74219.02.5163.41.5841.04.0-320.8565.80.6121.80.4215.54.0-481.74117.71.5344.50.7421.84.0-643.01137.01.9145.11.1129.15.0-240.4942.70.4317.90.249.285.0-562.09128.61.645.40.9527.3夹层结构中的胶粘剂分为板芯胶、芯与骨架夹层结构中的胶粘剂分为板芯胶、芯与骨架元件（如梁、肋）粘接胶以及芯子与芯子拼元件（如梁、肋）粘接胶以及芯子与芯子拼接胶三类，接胶三类，其中板芯胶最为重要。

其中板芯胶最为重要胶粘剂3 玻璃钢夹层结构玻璃钢夹层结构 由于玻璃钢夹层结构的强度高，重量轻，刚度由于玻璃钢夹层结构的强度高，重量轻，刚度大，耐腐蚀，电绝缘及透微波等，大，耐腐蚀，电绝缘及透微波等，目前已广泛用于目前已广泛用于航空工业和宇航工业的飞机、航空工业和宇航工业的飞机、导弹、飞船及样板、屋面板，能大幅度的减轻建筑导弹、飞船及样板、屋面板，能大幅度的减轻建筑物的重量和改善使用功能物的重量和改善使用功能透明玻璃钢夹层结构板透明玻璃钢夹层结构板，已广泛用于寒冷地区，已广泛用于寒冷地区的工业厂房、大型公用建筑及温室的采光屋顶的工业厂房、大型公用建筑及温室的采光屋顶应用3 玻璃钢夹层结构玻璃钢夹层结构 在造船和交通领域，玻璃钢夹层结构广泛用于玻璃在造船和交通领域，玻璃钢夹层结构广泛用于玻璃钢潜艇、扫雷艇、游艇中的许多构件钢潜艇、扫雷艇、游艇中的许多构件我国设计制造的玻璃钢过街人行桥、公路桥、汽车我国设计制造的玻璃钢过街人行桥、公路桥、汽车和火车保温泠藏车等，均采用了玻璃钢夹层结构，和火车保温泠藏车等，均采用了玻璃钢夹层结构，满足了重量轻、强度高、刚度大、隔热、保温等多满足了重量轻、强度高、刚度大、隔热、保温等多性能要求。

性能要求在要求在要求透微波的雷达罩透微波的雷达罩中，玻璃钢夹层结构已成为中，玻璃钢夹层结构已成为其它材料不能与之相比的专用材料其它材料不能与之相比的专用材料应用应用玻璃钢夹层结构的种类与特点玻璃钢夹层结构的种类与特点 根据夹层结构所用的芯材种类和形式不同，玻璃钢根据夹层结构所用的芯材种类和形式不同，玻璃钢夹层结构分为：夹层结构分为：泡沫夹层结构，泡沫夹层结构，蜂窝夹层结构，蜂窝夹层结构，梯形板夹层结构，梯形板夹层结构，矩形夹层结构矩形夹层结构 圆形夹层结构圆形夹层结构玻璃钢夹层结构的种类与特点玻璃钢夹层结构的种类与特点（1）泡沫塑料夹层结构泡沫塑料夹层结构 泡沫塑料夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮泡沫塑料夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮（面板），泡沫塑料做夹芯层，泡沫塑料夹层结构的（面板），泡沫塑料做夹芯层，泡沫塑料夹层结构的最大特点是蒙皮和泡沫塑料夹芯层粘接牢固、受力不最大特点是蒙皮和泡沫塑料夹芯层粘接牢固、受力不大和保温隔热性能要求高的部件，如飞机尾翼、保温大和保温隔热性能要求高的部件，如飞机尾翼、保温通风管道及样板等通风管道及样板等2）蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构 蜂窝夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮，蜂窝蜂窝夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮，蜂窝材料（玻璃布蜂窝、纸蜂窝或其它棉布及铝蜂窝等）材料（玻璃布蜂窝、纸蜂窝或其它棉布及铝蜂窝等）做夹芯层。

蜂窝夹层结构的重量轻，强度高，刚度大，做夹芯层蜂窝夹层结构的重量轻，强度高，刚度大，多用作结构尺寸大、强度要求高的结构件，如玻璃钢多用作结构尺寸大、强度要求高的结构件，如玻璃钢桥的承重板、球形屋顶结构、雷达罩、反射面、冷藏桥的承重板、球形屋顶结构、雷达罩、反射面、冷藏车地板及箱体结构等车地板及箱体结构等玻璃钢夹层结构的种类与特点玻璃钢夹层结构的种类与特点（3）梯形和矩形带头作用层结构梯形和矩形带头作用层结构 这种带头作用层结构的面板（蒙皮）为玻璃这种带头作用层结构的面板（蒙皮）为玻璃钢薄板，夹芯层是玻璃钢梯形板或矩形板这种钢薄板，夹芯层是玻璃钢梯形板或矩形板这种夹层结构方向性强，仅适用于做高强平板，不宜夹层结构方向性强，仅适用于做高强平板，不宜用于弯曲形状的制品用于弯曲形状的制品4）圆环形夹层结构圆环形夹层结构 它是用玻璃钢薄板作蒙皮，用玻璃钢圆环做它是用玻璃钢薄板作蒙皮，用玻璃钢圆环做夹芯层这种夹层结构的特点是芯材耗量少，强夹芯层这种夹层结构的特点是芯材耗量少，强度比较高，平板受力无方向性，最适宜做采光用度比较高，平板受力无方向性，最适宜做采光用的透明玻璃钢夹层结构板材，具有遮挡少、透光的透明玻璃钢夹层结构板材，具有遮挡少、透光率高的特点。

率高的特点4 蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构 蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构是一种先进的受力结构，具有是一种先进的受力结构，具有重量轻、强度高等重量轻、强度高等优异性能，被广泛应用于航空优异性能，被广泛应用于航空航天及军事领域航天及军事领域蜂窝材料是一种用于夹层结构的轻质材料蜂窝材料是一种用于夹层结构的轻质材料芳纶纸（芳纶纸（Nomex）蜂窝具有高的比强度和比）蜂窝具有高的比强度和比刚度，突出的耐腐蚀性和自熄性，优良的耐环境刚度，突出的耐腐蚀性和自熄性，优良的耐环境性和热绝缘性，独特的介电性能和高温稳定性，性和热绝缘性，独特的介电性能和高温稳定性，优异的工艺性，广泛用于优异的工艺性，广泛用于航空航天、船舶、火车航空航天、船舶、火车和体育用品和体育用品铝蜂窝夹层结构复合材料铝蜂窝夹层结构复合材料 可根据使用要求选择不同的组合：可根据使用要求选择不同的组合：芯材选择不同的规格；芯材选择不同的规格；面板可选择面板可选择铝、不锈钢、玻璃钢、天然石铝、不锈钢、玻璃钢、天然石材、防火板装饰板、喷塑金属材、防火板装饰板、喷塑金属板等，以满板等，以满足不同的使用要求足不同的使用要求铝蜂窝夹层结构的特性铝蜂窝夹层结构的特性 1、重量轻、强度高、刚性好重量轻、强度高、刚性好 2、寿命长寿命长 耐久型蜂窝的铝箔经化学处理后具有很高的耐腐蚀性耐久型蜂窝的铝箔经化学处理后具有很高的耐腐蚀性能，使用时间可达能，使用时间可达20年以上，长期使用温度可达年以上，长期使用温度可达150摄氏度。

摄氏度3、突出的综合功能突出的综合功能 减振抗冲击性好（能量吸收能力为减振抗冲击性好（能量吸收能力为150-350KJ/M3）；）；良好的隔音降噪功能（对良好的隔音降噪功能（对100-3200Hz的声源降噪可达的声源降噪可达20-33dB）；）；隔热保温（导热系数为隔热保温（导热系数为0.104-0.130W/mK）；）；防火阻燃性好，可根据使用要求达到不同的防火等级防火阻燃性好，可根据使用要求达到不同的防火等级4、极高的外观平直度，不易变形极高的外观平直度，不易变形 5、材料的加工适应性好结构安装方便、快捷材料的加工适应性好结构安装方便、快捷5 夹层结构制造技术夹层结构制造技术 夹层结构一般是由夹层结构一般是由三层材料制成的复合材料三层材料制成的复合材料夹层复合材料的上下面层是夹层复合材料的上下面层是高强度、高模量材料高强度、高模量材料，中间层是中间层是较厚的轻质材料较厚的轻质材料，夹层结构实际上是夹层结构实际上是复合材料与其它轻质材料的再复合材料与其它轻质材料的再复合复合蜂窝夹层结构制造技术蜂窝夹层结构制造技术（1）蜂窝种类）蜂窝种类 蜂窝的强度与选用原材料和蜂窝几何形状有关，蜂窝的强度与选用原材料和蜂窝几何形状有关，根据平面投影几何形状，蜂窝夹芯材料可分为根据平面投影几何形状，蜂窝夹芯材料可分为六边形、六边形、菱形、矩形、正弦曲线形和有加强带六边形菱形、矩形、正弦曲线形和有加强带六边形等。

等在这些蜂窝夹芯材料中，以在这些蜂窝夹芯材料中，以加强带六边形强度最高加强带六边形强度最高，正方形蜂窝次之正方形蜂窝次之由于由于正六边形蜂窝正六边形蜂窝制造简单，用料省，强度也较高，制造简单，用料省，强度也较高，故应用最广故应用最广2）原材料）原材料 目前，以玻璃钢薄板做蒙皮、玻璃钢蜂窝和泡目前，以玻璃钢薄板做蒙皮、玻璃钢蜂窝和泡沫塑料做芯材的夹层结构应用最广沫塑料做芯材的夹层结构应用最广玻璃纤维布（增强材料）玻璃纤维布（增强材料）生产玻璃钢夹层结构的玻璃布分为生产玻璃钢夹层结构的玻璃布分为面层布和蜂面层布和蜂窝布两种窝布两种：面层布是经过增强处理的中碱和无碱面层布是经过增强处理的中碱和无碱平纹布平纹布，其厚度一般为，其厚度一般为0.10.2mm为加强蒙皮和蜂窝之间的粘度强度，常在两者为加强蒙皮和蜂窝之间的粘度强度，常在两者之间加一层短切玻璃纤维毡之间加一层短切玻璃纤维毡选用含蜡玻璃布做蜂窝材料选用含蜡玻璃布做蜂窝材料，可以防止树脂浸，可以防止树脂浸透到玻璃布背面，减少蜂窝块层间的粘接，有利透到玻璃布背面，减少蜂窝块层间的粘接，有利于蜂窝成孔拉伸于蜂窝成孔拉伸2）原材料）原材料 纸纸 生产蜂窝夹层结构的纸，要求有良好的树脂浸生产蜂窝夹层结构的纸，要求有良好的树脂浸润性和足够的拉伸强度。

润性和足够的拉伸强度起皱起皱凹槽（2）原材料）原材料 粘接剂（树脂）粘接剂（树脂）制造蜂窝夹层结构用的树脂分制造蜂窝夹层结构用的树脂分蒙皮用树脂、蜂蒙皮用树脂、蜂窝用树脂和蜂窝与蒙皮粘接用树脂窝用树脂和蜂窝与蒙皮粘接用树脂根据夹层结构根据夹层结构的使用条件，可分别的使用条件，可分别选用环氧树脂、不饱和聚酯树选用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、有机硅树脂及邻苯二甲酸二丙烯酯脂、酚醛树脂、有机硅树脂及邻苯二甲酸二丙烯酯等等制造蜂窝胶条时，通常采用环氧树脂、改性酚制造蜂窝胶条时，通常采用环氧树脂、改性酚醛树脂、聚醋酸乙烯酯胶和聚乙烯醇缩丁醛胶等醛树脂、聚醋酸乙烯酯胶和聚乙烯醇缩丁醛胶等在这些胶粘剂中，环氧树脂粘接强度高，改性酚醛在这些胶粘剂中，环氧树脂粘接强度高，改性酚醛树脂价格低，故应用较多树脂价格低，故应用较多聚醋酸乙烯酯胶无毒，价格便宜，可以室温固聚醋酸乙烯酯胶无毒，价格便宜，可以室温固化，但用此胶制造的蜂条，不能浸聚酯胶胶液，因化，但用此胶制造的蜂条，不能浸聚酯胶胶液，因为聚酯树脂中的苯乙烯能溶解聚醛酸乙烯，使蜂条为聚酯树脂中的苯乙烯能溶解聚醛酸乙烯，使蜂条开胶、破坏开胶、破坏3）蜂窝夹芯制造）蜂窝夹芯制造 生产玻璃布夹芯材料时，主要是生产玻璃布夹芯材料时，主要是胶接拉伸法胶接拉伸法。

其工艺过程是其工艺过程是:先在制造蜂窝芯材的玻璃布上涂胶条，先在制造蜂窝芯材的玻璃布上涂胶条，然后重叠粘接成蜂窝叠块，然后重叠粘接成蜂窝叠块，固化后按需要蜂窝高度切成蜂窝条，固化后按需要蜂窝高度切成蜂窝条，经拉伸预成型，经拉伸预成型，最后浸胶，固化定型成蜂窝芯材最后浸胶，固化定型成蜂窝芯材制造蜂窝夹芯叠块的胶条上胶法，可以采用手械制造蜂窝夹芯叠块的胶条上胶法，可以采用手械涂胶，也可以使用机械化涂胶涂胶，也可以使用机械化涂胶蜂窝生产线（蜂窝生产线（NOMEXNOMEX、铝蜂窝）、铝蜂窝）Nomex蜂窝浸渍机蜂窝浸渍机蜂窝拉伸机蜂窝拉伸机Nomex蜂窝涂胶机蜂窝涂胶机铝箔清洗机铝箔清洗机涂胶机涂胶机2 2台、拉台、拉伸机伸机1 1台、浸胶台、浸胶设备设备1 1套、切纸套、切纸机机1 1台、片切机台、片切机1 1台、铝箔清洗台、铝箔清洗及表面处理机及表面处理机1 1台、锯切机台、锯切机1 1台台（4）蜂窝夹层结构制造）蜂窝夹层结构制造 玻璃布蜂窝夹层结构制造技术分玻璃布蜂窝夹层结构制造技术分湿法和干法湿法和干法两种干法成型干法成型 此法是先将蜂窝夹芯和面板作好，然后再将它此法是先将蜂窝夹芯和面板作好，然后再将它们粘接成夹层结构。

们粘接成夹层结构为了保证芯材和面板牢固粘接，常在面板上铺一为了保证芯材和面板牢固粘接，常在面板上铺一层薄毡（浸过胶），铺上蜂窝，加热加压，使之固层薄毡（浸过胶），铺上蜂窝，加热加压，使之固化成一体这种方法制造的夹层结构，蜂芯和面板化成一体这种方法制造的夹层结构，蜂芯和面板的粘接强度可提高到的粘接强度可提高到3MPa以上干法成型的优点干法成型的优点主要是产品表面光滑，平整，生主要是产品表面光滑，平整，生产过程中每道工序都能及时检查，产品质量容易保产过程中每道工序都能及时检查，产品质量容易保证证.缺点缺点是生产周期长是生产周期长湿法成型湿法成型 湿法成型湿法成型是是面板和蜂窝夹芯均处于未固化状态，面板和蜂窝夹芯均处于未固化状态，在模具上一次胶接成型在模具上一次胶接成型生产时，先在模具上制好上、下面板，然后生产时，先在模具上制好上、下面板，然后将蜂窝条浸胶拉开，放到上、下面板之间，加压将蜂窝条浸胶拉开，放到上、下面板之间，加压（0.010.08MPa）、固化，脱模后修整成产品固化，脱模后修整成产品湿法成型的优点湿法成型的优点是蜂窝和面板间粘接强度高，是蜂窝和面板间粘接强度高，生产周期短，最适合于球面、壳体等异形结构产生产周期短，最适合于球面、壳体等异形结构产品生产。

品生产其缺点其缺点是产品表面质量差，生产过程较难控制是产品表面质量差，生产过程较难控制片切机片切机 蜂窝蜂窝 蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构 泡沫塑料夹层结构制造技术泡沫塑料夹层结构制造技术（1）原材料）原材料 泡沫塑料夹层结构用的原材料分为泡沫塑料夹层结构用的原材料分为面板（蒙皮）材面板（蒙皮）材料、夹芯材料和粘接剂料、夹芯材料和粘接剂面板材料面板材料 主要是用玻璃布和树脂制成的薄板，与蜂窝夹层结主要是用玻璃布和树脂制成的薄板，与蜂窝夹层结构面板用的材料相同构面板用的材料相同粘接剂粘接剂 面板和夹芯材料的粘接剂，主要取决于泡沫塑料种面板和夹芯材料的粘接剂，主要取决于泡沫塑料种类，如聚苯乙烯泡沫塑料，不能用不饱和聚酯树脂粘接类，如聚苯乙烯泡沫塑料，不能用不饱和聚酯树脂粘接泡沫塑料夹层结构制造技术泡沫塑料夹层结构制造技术 泡沫夹芯材料泡沫夹芯材料 泡沫塑料的种类很多，其分类方法有两种：泡沫塑料的种类很多，其分类方法有两种：一种是按树脂基体分一种是按树脂基体分，可分为：聚氯乙烯泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料，可分为：聚氯乙烯泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料，聚乙烯泡沫塑料，聚氨酯泡沫塑料，酚醛，环氧及不聚乙烯泡沫塑料，聚氨酯泡沫塑料，酚醛，环氧及不饱和聚酯等热固性泡沫塑料等。

饱和聚酯等热固性泡沫塑料等另一种是按硬度分，另一种是按硬度分，可分为硬质、半硬质和软质三种用泡沫塑料芯材可分为硬质、半硬质和软质三种用泡沫塑料芯材生产夹层结构的最大优点是防寒、绝热，隔音性能好，生产夹层结构的最大优点是防寒、绝热，隔音性能好，质量轻，与蒙面粘接面大，能均匀传递荷载，抗冲击质量轻，与蒙面粘接面大，能均匀传递荷载，抗冲击性能好等性能好等2）泡沫塑料制造技术）泡沫塑料制造技术 生产泡沫塑料的发泡方法较多，有生产泡沫塑料的发泡方法较多，有机械发泡法、惰机械发泡法、惰性气体混溶减压发泡法、低沸点液体蒸发发泡法、性气体混溶减压发泡法、低沸点液体蒸发发泡法、发泡剂分解放气发泡法和原料组分相互反应放气发发泡剂分解放气发泡法和原料组分相互反应放气发泡法泡法等机械发泡法机械发泡法 利用强烈机械搅拌，将气体混入到聚合物溶液、利用强烈机械搅拌，将气体混入到聚合物溶液、乳液或悬浮液中，形成泡沫体，然后经固化而获得乳液或悬浮液中，形成泡沫体，然后经固化而获得泡沫塑料泡沫塑料惰性气体混溶减压发泡法惰性气体混溶减压发泡法 利用惰性气体（如氮气、二氧化碳等）无色、利用惰性气体（如氮气、二氧化碳等）无色、无臭、难与其它化学元素化合的原理，在高压下压无臭、难与其它化学元素化合的原理，在高压下压入聚合物中，经升温、减压、使气体膨胀发泡。

入聚合物中，经升温、减压、使气体膨胀发泡2）泡沫塑料制造技术）泡沫塑料制造技术 低沸点液体蒸发发泡法低沸点液体蒸发发泡法 将低沸点液体压入聚合物中，然后加热聚合物，将低沸点液体压入聚合物中，然后加热聚合物，当聚合物软化、液体达到沸点时，借助液体气化产当聚合物软化、液体达到沸点时，借助液体气化产生的蒸气压力，使聚合物发泡成泡沫体生的蒸气压力，使聚合物发泡成泡沫体化学发泡剂发泡法化学发泡剂发泡法 借助发泡剂在热作用下分解产生的气体，使聚借助发泡剂在热作用下分解产生的气体，使聚合物体积膨胀，形成泡沫塑料合物体积膨胀，形成泡沫塑料原料化学反应发泡法原料化学反应发泡法 此法是利用能发泡的原料组分，相互反应放出此法是利用能发泡的原料组分，相互反应放出二氧化碳或氮气等使聚合物膨胀发泡成泡沫体二氧化碳或氮气等使聚合物膨胀发泡成泡沫体3）泡沫塑料夹层结构制造）泡沫塑料夹层结构制造 泡沫塑料夹层结构的制造方法有：泡沫塑料夹层结构的制造方法有：预制粘接法、现场浇注成型法和连续机械成型法预制粘接法、现场浇注成型法和连续机械成型法三三种预制粘接法预制粘接法 将蒙皮和泡沫塑料芯材分别制造，然后再将它将蒙皮和泡沫塑料芯材分别制造，然后再将它们粘接成整体。

们粘接成整体预制成型法的优点是能适用各种泡沫塑料，工预制成型法的优点是能适用各种泡沫塑料，工艺简单，不需要复杂机械设备等其缺点是生产效艺简单，不需要复杂机械设备等其缺点是生产效率低，质量不易保证率低，质量不易保证3）泡沫塑料夹层结构制造）泡沫塑料夹层结构制造 整体浇注成型法整体浇注成型法 先预制好夹层结构的外壳，然后将混合先预制好夹层结构的外壳，然后将混合均匀的泡沫料浆浇入壳体内，经过发泡成型均匀的泡沫料浆浇入壳体内，经过发泡成型和固化处理，使泡沫涨满腔体，并和壳体粘和固化处理，使泡沫涨满腔体，并和壳体粘接成一个整体结构接成一个整体结构连续成型法连续成型法 适用于生产泡沫塑料夹层结构板材适用于生产泡沫塑料夹层结构板材LatticeTruss6 JOINTS SANDWICH PANELS胶接胶接螺栓连接螺栓连接与层合板连接基本相同与层合板连接基本相同夹层结构的边缘处理与局部增强夹层结构的边缘处理与局部增强平直接头平直接头角接头角接头夹层夹层板端板端部的部的增强增强方式方式夹板夹板端端部部的的增增强强方方式式 蜂窝夹层结构的密度计算蜂窝夹层结构的密度计算7 蜂窝夹层结构的工程计算蜂窝夹层结构的工程计算Honeycomb Sandwich Construction面板面板:由于弯由于弯曲引起的正曲引起的正应力应力芯材芯材:剪应力剪应力,强度强度,刚度刚度面板面板:高强高强,高模量材高模量材料制料制造造:Carbon-EpoxyGlass/epoxy 金属金属粘接层泡沫塑料泡沫塑料金属金属/非金属非金属蜂窝蜂窝波纹板波纹板栅格栅格粘接层粘接层:剪应力剪应力Face SheetAdhesive Honeycomb core Adhesive Face Sheett1t21r rcchr r,HHtr r,2r r)2(21Hcttthh+-=h蜂窝夹层结构的密度蜂窝夹层结构的密度abhabhabtabtabtccHHrrrrr+=22211cHHHhttthththtrrrrr)21(2212211+-+=cdcdtscr)cos)(cos()(sssctccdtcd+=qqrr正六变形蜂窝正六变形蜂窝ctsscrr54.1=弹性性能弹性性能蜂窝蜂窝壁材壁材料的料的弹性弹性模量模量(3)*2E参考文献AB挠度挠度AB伸长量伸长量弯曲弯曲+拉伸拉伸等效应变等效应变第第8 夹层结构分析夹层结构分析 层合板在承受弯曲载层合板在承受弯曲载荷时荷时,远离中面的铺层可提远离中面的铺层可提供较大的抗弯刚度供较大的抗弯刚度,因此在设计受弯矩的结构物因此在设计受弯矩的结构物时把时把弹性模量大弹性模量大,强度高的强度高的材料配置在远离中面的部位材料配置在远离中面的部位,中面附近受力较小中面附近受力较小,可以使可以使用用强度和模量较低的材料强度和模量较低的材料.夹层结构夹层结构夹层结构分析基础夹层结构分析基础 弯曲时弯曲时:面板主要承受面板主要承受面内拉伸面内拉伸,压缩压缩,面内剪应力面内剪应力 芯材主要承受芯材主要承受横向剪应力横向剪应力,且沿厚度均匀分布且沿厚度均匀分布,假设假设 1)薄的面板薄的面板只承受面内应力只承受面内应力 2)芯材主要芯材主要承受横向剪应力承受横向剪应力,且沿且沿厚度均匀分布厚度均匀分布,3)夹层板变形时夹层板变形时,0;0 xzzy,xyxy 0z=且不计 对应力的影响 z,xyxy 均等于零夹层板的受力分析与几何要素夹层板的受力分析与几何要素xyMyMzyQzxyMxMzzxQ1l1h2l2hzx 由于面板为层合板由于面板为层合板,芯材为芯材为各向同性材料各向同性材料构成的夹构成的夹层板层板,并作用弯矩并作用弯矩 由假设由假设(2),对于芯材对于芯材xMyMxyM0yzz=0 xzz=yzyzQh=xzxzQh=横向剪力横向剪力芯材厚度芯材厚度 如果芯材的剪切模量为如果芯材的剪切模量为Gc,横向剪切应变横向剪切应变zxxzcQwuxzG h=+=zyyzcQwvyzG h=+=cG hC=常数常数0()zxQwuuzxC=-积分后积分后0()zyQwvvzyC=-xy夹层板变形夹层板变形时芯材的转时芯材的转角角参考面的面内位移参考面的面内位移0 xuuz=-0yvvz=-上下面板中点处的位移为上下面板中点处的位移为:0iixuuh=-0iiyvvh=-i=1:上面板上面板i=2:下面板下面板对应的应变对应的应变00ixxxiixiuuhhxxxx=00yyiyiiyivvhhyyyy=000()()yiixxyiiyxxyiuvuvhyxyxyxhyx=+=+=+i=1:上面板上面板i=2:下面板下面板由假设由假设(1),上下面板只承受面内载荷上下面板只承受面内载荷111216122226162666xixiyiyixyixyiNAAANAAANAAA=由层合板的内力公式由层合板的内力公式:整个夹层板的内力为整个夹层板的内力为12xxxNNN=+12yyyNNN=+12xyxyxyNNN=+i=1:上面板上面板i=2:下面板下面板12xxxNNN=+011 111 2111 1211 2012 112 2112 1212 2016 116 2116 1216 2()()()()()()()()()()()()()xxxyyyxxyNAAh Ah AxAAh Ah AyAAh Ah Ayx=+-+-+-+12yyyNNN=+012 112 2112 1212 2022 122 2122 1222 2026 126 2126 1226 2()()()()()()()()()()()()()xyxyyyxxyNAAh Ah AxAAh Ah AyAAh Ah Ayx=+-+-+-+12xyxyxyNNN=+016 116 2116 1216 2026 126 2126 1226 2066 166 2166 1266 2()()()()()()()()()()()()()xxyxyyyxxyNAAh Ah AxAAh Ah AyAAh Ah Ayx=+-+-+-+夹层板的内力矩夹层板的内力矩221 1xxxMN hN h=-221 1yyyMN hN h=-221 1xyxyxyMNhNh=-02211 2 211 1 1211 2111 102212 2 212 1 1212 2112 102216 2 216 1 1216 2116 1()()()()()()()()()()()()()xxxyyyxxyMA hA hh Ah AxAhA hh Ah AyAhA hh Ah Ayx=-+-+-+022122212 1 12122112 1022222222 1 12222122 1022262226 1 12262126 1()()()()()()()()()()()()()xyxyyyxxyMAhAhhAhAxAhAhhAhAyAhAhhAhAyx=-+-+-+022162216 112162116 1022262226 112262126 1022662266 112662166 1()()()()()()()()()()()()()xxyxyyyxxyMAhAhhAhAxAhAhhAhAyAhAhhAhAyx=-+-+-+夹层板的内力与应变关系夹层板的内力与应变关系0NABMBDk=00000uvuvxyyx=+yyxxkxyyx=+A=A(1)+A(2)B=A(1)h2-A(2)h122(2)2(1)1 DAhAh=+如果参考平面为夹层板的如果参考平面为夹层板的几何平面几何平面,并且上下表面并且上下表面的厚度与材料相同的厚度与材料相同2/2DA h=0B=(1)(2)2 2 AAA=上下面板中面之间的距离上下面板中面之间的距离夹层板的力矩平衡方程夹层板的力矩平衡方程0 xyxxzMMQxy+-=0yxyyzMMQyx+-=(,)0zyxzMMq x yyx+=作用在夹层板上的z向分布载荷对于面板为正交各向异性材料的夹对于面板为正交各向异性材料的夹层板层板1112yxxMDDxy=-+1222yxyMDDxy=-+6666yxxyMDDyx=-+()xzxwQCx=-()yzywQCy=-226 61 26 6222 24()()0yxyyDDDxxywDCyy+-=221 11 26 6226 64()()0yxyxDDDxxywDCyx+-=2222()(,)yxwwCqxyxxyy-+-=夹层板的弯曲控制方程夹层板的弯。