缝纫泡沫夹层结构屈曲研究

马元春

（中航工业复合材料技术中心，北京101300；中航复合材料有限责任公司，北京101300）

缝纫泡沫夹层结构屈曲研究

马元春

（中航工业复合材料技术中心，北京101300；中航复合材料有限责任公司，北京101300）

缝纫复合材料泡沫夹层结构由于其具有优异的性能，已经获得了实际应用。在航空工程中，这种新型结构主要应用于壁板类制件，而屈曲是壁板类制件的主要破坏形式。因此，对缝纫复合材料泡沫夹层结构进行屈曲研究是十分必要的。通过对缝纫泡沫夹层结构进行屈曲试验，并利用有限元法进行分析计算，计算与试验结果吻合度较好。

缝纫；复合材料；泡沫夹层结构；屈曲试验

本文对该种结构进行了试验并结合理论进行了有限元的计算分析验证，旨在为工程应用打下基础。

1 试验研究

VARI成型缝纫复合材料夹层板，面内尺寸（除去夹持部分）为12 000 mm2，面板材料为T300帘子布/BA9911，铺层顺序为[45/－45/0/90/0/-45]S（0°铺层与长边方向相同）。面板名义厚度为1.76 mm，夹层为ROHACELL51WF，厚度为5 mm。采用改进的锁式缝纫，缝纫面线为1 500旦的Kevlar29纤维，底线为400旦的Kevlar29纤维，平行于铺层0°方向缝合。缝纫针距为8 mm，行距为8 mm。试验装置如图1所示，对缝纫夹层板进行侧边压缩，压缩载荷作用于短边。试件的破坏模式如图2和图3所示。卸载前试样发生明显屈曲，在卸载后基本恢复原状。试验结果如表1所示。

图1 缝纫夹层板屈曲试验

图2 试件失稳模式（卸载前）

图3 试件失稳模式（卸载后）

图4 缝纫夹层结构有限元模型

表1 缝纫夹层板的屈曲性能

2 理论分析

对于结构形式和边界条件比较简单的夹层结构，可采用状态空间的方法求得屈曲性能的精确解析解，也可以采用简化算式和图表并用的工程算法，应用最普遍的是有限元法。

T300帘子布/BA9911的弹性常数为：E1=116.7 GPa，E2=9.1 GPa，v1=0.285，G12=4.4 GPa。泡沫ROHACELL51WF的弹性常数E=75 MPa。

图5 缝纫夹层结构屈曲模态

利用以往的理论分析可得到缝纫泡沫板的工程常数，将其作为基本输入，采用限元方法，对这种结构进行整体屈曲性能分析。在PATRAN中建立的缝纫复合材料泡沫夹层结构模型如图4所示。面板采用shell元，泡沫采用quad4体单元，求得屈曲载荷为18.70 kN，屈曲模态如图5所示，与试验结果拟合较好。

3 结论

通过对缝纫泡沫夹层结构屈曲试验和有限元的计算结果的对比表明，采用有限元方法可以准确地预测缝纫复合材料泡沫夹层板的屈曲性能。

［1］中国航空研究院.复合材料结构稳定性分析指南［M］.北京：航空工业出版社，2002.

〔编辑：张思楠〕

TB332

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.048

2095－6835（2017）18－0048－02

马元春（1973—），男，高工，研究方向为复合材料结构与强度。