蜂窝夹芯结构预埋“胶”板挤压强度研究

刘路

1概述

复合材料蜂窝夹芯结构一般由上下面板、芯材、粘结层等结构组成，通过在夹芯结构中嵌入埋件作为传力接头[1-2]，预埋件夹层结构的强度一般通过试验获得[3]。本文将胶板、碳纤维材料面板、Nomex蜂窝整体成型，然后在预埋胶板处打孔形成传力接头。预埋胶板挤压强度试验研究结果表明：胶板直径对夹芯结构的挤压强度提高明显。

2试验件

试验件为碳纤维材料面板和Nomex蜂窝夹层结构，铺层为[45/0/芯/0/45]，如图1所示。面板材料为碳纤维织物预浸料T700S-12K-50C/#2510，夹芯材料为AHN4120-3/16-3.00-t0.25"，胶膜材料为EA9696.060，在夹芯结构中预埋20mm、30mm、40mm直径的胶板，材料为EPOCAST1629-A/B，在胶板上钻取直径为4.8mm和6.4mm的孔以安装螺栓，试验件分6组，共24件。

3试验方法

按照《聚合物基复合材料层压板挤压响应的试验方法》试验标准，在500KN MTS疲劳试验机上进行挤压强度试验。试验件安装后采用铅锤检查以保证居中，4.8mm孔径螺栓的拧紧力矩为1.2N.m，6.4mm孔径螺栓的拧紧力矩为2.4N.m。试验采用位移控制的方式进行加载，加载速率为1mm/min，通过外置引伸计测量应变，采集频率为20Hz。

4试验结果及讨论

加载初期，试验件无明显变化，随着载荷的增加，试验件与夹具连接处发出轻微响声，监控载荷突然降低超过30%，停止试验。试验件上的螺栓孔由圆形变成椭圆形，连接螺栓未发现变形，试验件的破坏形式均为螺栓孔处填充芯材变形破坏。

6组试验件的载荷-应变关系曲线如图2所示。在加载的初始阶段，载荷随着应变的增加而线性增加，当载荷达到3000N后，6.4mm螺栓孔试验件的变化趋势变缓，当载荷接近4500N时，到达了试验件的强度极限，随着应变的继续增加，载荷大致呈下降趋势，说明此时螺栓孔处芯材已挤压破坏，试验件失去承载力。通过无损检测检查发现预埋件与蜂窝/面板处有剥离，预埋胶板比较完整，未发生破坏，说明挤压载荷主要通过胶板、黏结剂传递到周围的蜂窝夹芯和面板。

挤压破坏载荷随预埋件及紧固件直径變化的关系曲线如图3所示。当紧固件直径一定时，挤压破坏载荷随预埋件直径的增加而增加，且4.8mm紧固件的破坏载荷增加趋势较6.4mm更为明显。碳纤维材料面板、胶膜、预埋胶板及Nomex蜂窝采用整体成型加工，预埋胶板直径越大，与蜂窝和面板的接触面积越大，试验件的挤压承载力越高。当预埋件的直径一定时，挤压破坏载荷随着紧固件孔径的增加而增加，且预埋件直径为20mm时挤压破坏载荷增大了1046N，增加最为明显。

5试验结论：

通过以上分析得出以下结论：

1）预埋胶板预蜂窝夹芯结构的挤压承载力满足设计要求；

2）挤压载荷随着预埋胶板直径及挤压孔经的增加而呈线性增加，且预埋胶板直径对挤压承载力的影响更明显。

参考文献

[1] 中国航空研究院.复合材料结构设计手册[M].北京：航空工业出版社，2001：（340—375）

[2] 程文礼，袁超，邱启艳，等. 航空用蜂窝夹层结构及制造工艺[J]. 航空制造技术，2015（7）：94-98.

[3] 娄程飞，张金奎，张 伟.夹层结构预埋玻璃纤维板拉脱强度研究[J]. 玻璃钢/复合材料，1003-0999（2017）07-0074-04.

（作者单位：中国特种飞行器研究所）