蜂窝夹层板结构抗冲击正交试验优化设计

蜂窝夹层板结构抗冲击正交试验优化设计
蜂窝夹层板结构抗冲击正交试验优化设计

第31卷增刊12010年4月

兵工学报A CTA ARM AM ENTAR II

V o.l 31Supp.l 1A pr .

2010

蜂窝夹层板结构抗冲击正交试验优化设计

张延昌

1,2

,顾金兰1,王自力1,张世联

2

(1 江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;2 上海交通大学船舶与建筑工程学院,上海200030)

摘要:金属基蜂窝夹层板具有优越的性能,如比强度高、绝缘性、耐撞性、设计多样性等,在航空、航

天、汽车、船舶等领域的应用研究引起国内外学者的重视,各国海军开展了大量的研究工作。基于舰船底部板架进行了蜂窝式夹层板概念设计,分析并提出了抵抗水下冲击波载荷的综合防护指标,并对三棱柱、四棱柱蜂窝夹层板结构进行正交试验优化分析及验证。研究表明,正交试验设计能有效的解决蜂窝式夹层板优化问题,试验指标是决定防护性能优化结果的关键因素,正交试验设计结论可用于指导舰船防护结构设计。

关键词:水下爆炸;蜂窝夹层板;正交试验;抗冲击;优化设计 中图分类号:U661 43

文献标志码:A

文章编号:1000 1093(2010)S1 0279 05

Optim al D esi gn of Shock resistantH oneyco mb Sandw ich

Panel by O rthogonal T est

ZHANG Yan chang 1,2

,GU Ji n lan 1

,WANG Zi li 1

,ZHANG Sh i lian

2

(1.Schoo l of N ava lA rchitecture and O cean Eng i neer i ng ,Jiangsu U n i ve rs i ty o f Science and T echno l ogy ,Zhen ji ang 212003,Jiangsu ,Ch i na ;

2.Schoo l of N aval A rchitecture and C i v il Eng i neeri ng ,Shangha i Ji aotong U n i versity ,Shangha i 200030,Ch i na)

Abstr act :The m eta l honeyco mb sandw ich pane l has so m e ex cellent properties ,such as higher spec ific streng th ,crashw ort h i n ess and m ultifunctional desi g n ,and can be ex tensi v ely used i n aer onau tic ,aerospace ,

auto m oti v e and m arine i n dustries .And the research depart m ents o f the Navy i n m any countries carried out a grea t dea l o fworks on t h e app lication of t h e m etal sandw i c h pane.l It analyzed and pu t for w ard the under wa ter shock resistant i n dexes ,and the orthogonal tests verificati o ns for the triangular pris m and quadrangu lar honey co m b sand w ich pane ls w ere perfor m ed .The researched results indicate that t h e orthogonal test can opti m ize the honeyco mb sandw ich panel structure effecti v ely ,ofw h i c h the conclusion can be used for gu i d i n g w arsh i p pro tecti o n structure design .

Key wor ds :under w ater explosi o n ;honeyco m b sandw ic h pane;l ort h ogonal tes;t shock resistance ;opti m a l desi g n

收稿日期:2009-10-23

作者简介:张延昌(1977 ),男,讲师,博士研究生。E m ai:l z yc0713@126.co m

0 引言

夹层板结构广泛应用于轻型交通工具系统结构设计,其具有比强度高、减少焊缝焊接工作量及焊接变形、绝缘性能好、设计多功能性、强降低噪音等

[1-5]

点。夹层板按照夹芯层材料可分复合材料夹层板和金

属夹层板2类,复合材料夹层板由FRP 、PVC 、泡沫等夹芯材料与金属材料通过层铺粘结而成;金属夹层板有金属板与金属夹芯层通过粘结或焊接而成。根据夹

芯层的结构形式有蜂窝式夹芯层、折叠式夹芯层、桁架式夹芯层等[1,6]

,目前对于采用激光焊接制造的折叠

式夹层板称为激光焊接金属夹层板[1,6]

激光焊接夹层板首先被美国海军应用于舰船结构,用于减轻舰船重量,提高舰船防火、抗爆等性能,并在DDG 51以及DD (x)新型驱逐舰上大量应用;应用激光焊接金属夹层板进行舰船结构设计可减轻结构重量的30%~50%

[2],这对舰船、武器装备等性能的提升具有

重要意义,因此受到各国海军重视,英国、印度、韩国等

兵 工 学 报

第31卷

各国海军相继开展了系列研究工作。 固体力学研究项目 是由美国海军研究中心(ONR )长期资助的。该项目的研究为舰船新型结构设计、应用提供科学依据。目前,该项目重点研究复合材料夹层板结构的力学性能[7-8]

。我国学者开展了大量的研究工作[9-11]

,对蜂窝式夹层板的耐撞性能及在船舶耐撞结构设计中的应用进行研究,并对水下爆炸冲击波作用下蜂窝式夹层板的抗冲击性能进行数值仿真研究[12-14]

。随着舰船高新技术的发展,夹层板结构在舰船上的应用研究得到了越来越多的关注。

以某舰船底部板架为分析对象,在对蜂窝式夹层板舰船结构进行概念设计的基础上,利用有限元软M SC Dytran ,通过正交试验设计分析蜂窝式夹层板结构参数,如蒙皮板厚度、夹芯层单元边长、厚度等,对结构抗水下冲击波载荷作用的防护性能的影响程度,并设计出抗冲击性能较优的蜂窝式夹层板舰船板架结构尺寸,并对结果进行验证。为基于夹层板的舰船抗冲击结构设计提供了指导。

1 蜂窝式舰船夹层板架概念设计

夹层板结构可减小结构重量、减小焊接工作量,并具有良好的设计性,目前已广泛应用于民船结构设计。各大船级社也制定夹层板船体结构设计相关规范,其中涉及到强度、稳定性、屈曲以及制造、焊接、安装等各方面,仅从抗冲击方面进行夹层板舰船结构的设计分析。如图1所示为舰体结构板架夹层板设计示

意图[2]

图1 船体夹层板架结构设计示意图

夹层板舰船结构设计思路:在保证结构重量不变并不明显影响舱容的前提下,将船体结构中加筋板架设计成夹层板;蒙皮板代替船底外板、夹芯层代替船底纵骨。具体设计如下:夹层板长宽尺寸等于加筋板架的长宽尺寸,夹层板的上下蒙皮厚度分别取4 8mm,3 8mm ;夹芯层高度与船底纵骨等效高度相同,同时根据夹芯层质量与纵骨质量相等来确定夹芯层密度及夹芯层壁厚。如图2所示为蜂窝式舰船夹层板架设计

结构图。

讨论三棱柱、四棱柱蜂窝式夹层板在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应,其中,选取爆距15m 、TNT 炸药量800kg 为典型工况。

图2 蜂窝式舰船夹层板架

2 正交试验设计

正交试验设计是利用正交表科学地安排与分析多

因素试验的方法,是常用的试验设计方法[15-16]

。用正交试验对结构进行优化设计,简单、可行,试验次数会大大降低,减少很多工作量。正交试验设计时,选取上蒙皮厚度A 、下蒙皮厚度B 、夹芯壁厚C 、边长E 四个

参数作为试验因素,对每个试验因素分别取4个水平,选用L 16(45

)正交表进行正交试验设计分析,采用直观分析法分析讨论各因素对结构抗冲击性能的影响。2 1 试验指标

GJB 4000!2000舰船船体通用规范以最大塑性应变为依据提出的临界半径、安全半径,用于评估舰船结构的抗冲击性能。但在抗冲击防护结构设计中,临界半径和安全半径的评估方法存在一定的缺陷:1)最大塑性应变的临界值与材料、结构的受力状态、环境等参数有关,对于夹层板材料确定比较困难;2)结构的临界半径及安全半径是通过线形插值的方法求得,要

280

增刊1蜂窝夹层板结构抗冲击正交试验优化设计

保证插值的精度需要进行数量巨大的仿真分析计算,对于抗冲击防护结构设计计算工作量更大;3)仅从结构的变形上分析,并未考虑结构速度、加速度、吸能、结构重量等。因此,要综合分析结构的应力、应变、位移、变形、吸能等参数,通过线性加权得到评估结构抗冲击防护性能的综合指标f作为试验指标:

f= f1+ f2+f3+!f4+?f5,(1)式中:f1,f2,f3,f4,f5分别为位移、吸能、速度、加速度、结构重量的隶属度,隶属度=(指标值-指标最小值)/(指标最大值-指标最小值); , ,,!,?为各无因次指数的权重,赋予 =0 5, =0 15,=0 035, !=0 015,?=0 3.对于防护结构,各指标越小结构的防护性能越好,因此作为试验指标的综合防护指标越小越好。

2 2 按照正交试验表安排试验

根据蜂窝式夹层板舰船板架结构参数尺寸、设计因素及设计因素水平选取L16(45)正交表安排试验,如表1~2所示。利用MSC Dytran对各组试验尺寸进行数值仿真计算,其中有限元模型、结构材料参数、水参数、边界条件等有限元分析中所涉及的参数已在文献[14]详细叙述,此处不再赘述。

2 3 试验结果分析

由MSC Dytran分别对三棱柱、四棱柱蜂窝夹层板正交试验方案进行计算,其中结构的位移、速度、加速度隶属度分别由结构中心(上蒙皮板中心)处的位移、速度、加速度按上述定义计算;结构的吸能为冲击波过后结构稳定后的总吸能。

直观分析法是根据试验结果的极差大小来确定因素影响作用的主次顺序,极差大该因素的影响最为重要。按该方法分析结果如表1~2所示,其中:K i表示同一列水平号为i的指标值之和,k i=K i/4;极差R= m ax(k i)-m i n(k i).

表1 三棱柱蜂窝式夹层板直观分析试验结果

试验编号A/mm B/mm C/mm空列D E/mm

隶属度

位移吸能速度加速度重量

综合指标13(1)3(1)0 4(1)(1)150(1)0 630 210 270 2600 36 23(1)4(2)0 6(2)(2)200(2)0 890 820 500 380 210 65

33(1)5(3)0 8(3)(3)250(3)0 840 740 520 620 400 68 43(1)6(4)1 0(4)(4)300(4)0 540 640 430 440 570 56 54(2)3(1)0 6(2)(3)300(4)1 001 001 001 000 110 73 64(2)4(2)0 4(1)(4)250(3)0 790 950 780 820 260 65 74(2)5(3)1 0(4)(1)200(2)0 750 640 370 320 740 71 84(2)6(4)0 8(3)(2)150(1)0 2000 030 150 930 38 95(3)3(1)0 8(3)(4)200(2)0 640 780 390 210 470 60 105(3)4(2)1 0(4)(3)150(1)0 150 0300 060 870 34 115(3)5(3)0 4(1)(2)300(4)0 380 880 920 910 580 54 125(3)6(4)0 6(2)(1)250(3)0 280 660 260 090 860 50 136(4)3(1)1 0(4)(2)250(3)0 610 810 300 290 650 64 146(4)4(2)0 8(3)(1)300(4)0 330 790 460 880 690 52 156(4)5(3)0 6(2)(4)150(1)0 100 020 0700 990 35 166(4)6(4)0 4(1)(3)200(2)00 690 050 321 000 41

K

1

2 252 321 962 091 43

K22 482 172 242 212 37

K31 982 282 172 162 47

K41 921 852 252 162 35

k10 560 580 490 520 36

k20 620 540 560 550 59

k30 490 570 540 540 62

k40 480 460 560 540 59

极差R0 140 120 070 030 26

281

兵 工 学 报第31卷

表2 四棱柱蜂窝式夹层板直观分析试验结果

试验编号A/mm B/mm C/mm空列D E/mm

隶属度

位移吸能速度加速度重量

综合指标13(1)3(1)0 4(1)(1)75(1)1 000 790 780 1500 65 23(1)4(2)0 6(2)(2)100(2)0 690 491 000 430 200 52 33(1)5(3)0 8(3)(3)125(3)0 630 360 520 250 390 51 43(1)6(4)1 0(4)(4)150(4)0 560 240 490 200 570 51 54(2)3(1)0 6(2)(3)150(4)0 581 000 380 150 100 49 64(2)4(2)0 4(1)(4)125(3)0 400 790 450 620 240 42 74(2)5(3)1 0(4)(1)100(2)0 520 210 180 250 740 52 84(2)6(4)0 8(3)(2)75(1)0 3900 070 080 950 48 95(3)3(1)0 8(3)(4)100(2)0 500 470 540 130 470 48 105(3)4(2)1 0(4)(3)75(1)0 340 8400 100 910 57 115(3)5(3)0 4(1)(2)150(4)0 080 650 381 000 560 34 125(3)6(4)0 6(2)(1)125(3)0 140 090 2000 840 34 136(4)3(1)1 0(4)(2)125(3)0 420 440 460 180 640 48 146(4)4(2)0 8(3)(1)150(4)0 130 440 380 330 680 35 156(4)5(3)0 6(2)(4)75(1)0 400 060 120 021 000 51 166(4)6(4)0 4(1)(3)100(2)00 070 050 030 980 31 K12 182 101 711 872 21

K21 911 861 861 821 83

K31 731 881 831 871 75

K41 661 642 091 921 69

k10 550 530 430 470 55

k20 480 460 460 460 46

k30 430 470 460 470 44

k40 410 410 520 480 42

极差R0 140 120 090 020 13

从表1~2可看出:1)由直观分析方法可得影响三棱柱蜂窝式夹层板结构抗冲击防护性能的结构参数主次顺序为:夹芯边长、上蒙皮厚度、下蒙皮厚度、夹芯壁厚;影响四棱柱蜂窝式夹层板结构抗冲击防护性能的结构参数主次顺序为:上蒙皮厚度、夹芯层边长、下蒙皮厚度、夹芯壁厚。夹层板上下蒙皮板厚度对应的极差差别不大,也就是说上下蒙皮板厚度2因素对结构抗冲击性能的影响基本相当;2)防护指标的数值越小,则结构的抗爆性能越优良。k1,k2,k3,k4中最小值对应的那个水平为该因素的较优水平,因此在15m爆距、800kg TNT炸药量的冲击波载荷下,三棱柱蜂窝式夹层板最优的尺寸组合为上、下蒙皮厚均为6mm,夹芯壁厚为0 4mm,夹芯边长为0 15m;四棱柱蜂窝式夹层板最优的尺寸组合为上、下蒙皮厚均为6mm,夹芯壁厚为0 4mm,夹芯边长为0 15m;3)表1、2中的空白列极差最小,表明选取的4个因素之间的相互影响很小[15],因此试验设计的因素之间的交互影响很小,可忽略。

3 对比分析

按照上述分析得到的较优结构尺寸方案分别建立有限元模型,并计算分析出结构的位移、吸能速度、加速度、重量等,并与试验方案中极值相比较如表3所示。从表3可看出正交试验优化出的尺寸组合的试验指标低于所有试验指标的最小值,优化结果的试验指标最低。通过正交试验设计可以得到夹层板结构在因素所取水平范围内抗冲击防护性能最优值。优化后结构位移均减小,但结构重量有一定程度增加,也就是说结构重量增加使得变形减小,这对舰船结构设计来说并不合理,因此调整试验指标中各子指标的权重系数,结构的重量与位移同等重要,分析结果如表3所示。由直观分析方法可得影响三棱柱蜂窝夹层板结构抗冲击防护性能的结构参数主次顺序为:夹芯边长、夹芯壁厚、上蒙皮厚度、下蒙皮厚度;按照指标B分析得到四

282

增刊1蜂窝夹层板结构抗冲击正交试验优化设计

棱柱蜂窝夹层板结构抗冲击防护性能的结构参数主次顺序不变。不同的试验指标的到因素的主次顺序存在一定差异,说明试验指标决定参数的主要次序。根据不同的评估指标可以确定相应的较优尺寸组合,因此防护指标的提出是进行新式结构防护性能评估的关键。

表3 优化方案与概念设计结果对比

三棱柱蜂窝夹层板四棱柱蜂窝夹层板

最小值指标A指标B最小值指标A

位移/mm11 210 213 3513 212 6

吸能/k J417 0421 0446 0680 0731 0

速度/(m?s-1)33 136 141 347 550 8

加速度/(km?s-2)80110 0167150260

重量/kg133 **** **** 7130 9222 7

试验指标0 340 260 340 310 31 注:指标A:权重系数 =0 5, =0 15,=0 035,!=0 015,?= 0 3;指标B:权重系数 =0 4, =0 15,=0 035,!=0 015,?=0 4

4 结束语

基于舰船底部板架进行了蜂窝式夹层板概念设计,并对三棱柱、四棱柱蜂窝夹层板结构进行正交试验研究,形成以下结论:

1)正交试验设计通过科学合理的安排试验,能够有效的解决复杂的夹层板的抗冲击优化问题;

2)对于指标B影响三棱柱、四棱柱蜂窝夹层板结构抗冲击防护性能的主要结构参数分别为夹芯边长、夹芯壁厚、上蒙皮厚度、下蒙皮厚度;夹芯边长、夹芯壁厚、下蒙皮厚度、上蒙皮厚度;通过正交试验结论可用于指导夹层板舰船结构抗冲击设计。

3)初步提出了抗冲击防护性能的综合指标,基于该指标可以分析出结构参数对抗冲击性能影响的程度。试验指标中各权重系数的不同,将会得到不同的主次因素顺序。因此在舰船结构抗冲击优化设计中防护性能指标有待于进一步研究。

参考文献(R eferences)

[1] W adley H N G.M u ltifuncti on al p eriod i c cell u l ar m et a l s[J].Ph ilo

s oph icalT ransacti ons of t he Royal Societ y.M at he m ati ca,l Physical and

Engi n eeri ng Sciences,2006,364(1838):31-68.

[2] Ku jal a P,K l anac A.Steel sandw ich panels i n m ari ne app licati ons

[J].B rodogradn j a,2005,56(4):305-314.

[3] M ouritz A P,G ell ert E,Burch ill P,et a.l Rev i e w of advanced co m

posite stru ctures f or n aval sh i ps and sub m ari nes[J].Co m posite S truc

t u res,2001,53(1):21-41.

[4] W ang T A,Sokoli n s ky V S,R aj ara m S,et a.l Assess m en t of s and

w i ch m odel s for t he p red i ction of sound trans m i ss i on loss i n un i d i rec

tional s andw i ch panel s[J].Applied A cousti cs,2005,66(3):245-

262.[5] Q i ao P Z,Y angM J,M osalla m A S.I m pact anal ys i s of I La m sand

w ic h syste m for over hei gh t co lli s i on protecti on of h i ghw ay bri dges [J].Eng i neeri ng S truct u res,2004,26(7):1003-1012.

[6] 岳灿甫,吴始栋.国外船用激光焊接波纹夹芯板的开发与应用

[J].鱼雷技术,2007,15(4):1-5.

YUE Can f u,WU Sh i dong.Introdu cti on to devel opm ent and app lica tions ofm ari ne las erw elded li ght w ei gh t sandw i ch panel i n theUS navy and European coun tri es[J].Torpedo Techno l ogy,2007,15(4):1-

5.(i n Ch i n ese)

[7] Raj ap akse Y D S,H u iD.M ari ne co m posite and sandw i ch struct u res

[J].Composites Part B:E ngi neeri ng,2008,39(1):1-4.

[8] Raj ap akse Y D S,H u iD.M ari n e co mpos i te fore w ord[J].Co m pos

ites Part B:Engi n eeri ng,2004,35(6-8):447-450.

[9] 符定梅,韩静涛,刘靖,等.钢质蜂窝夹芯板的研究进展[J].航

空精密制造技术,2004,40(3):14-15.

F U D i ng m e,i HAN J i ng tao,LI U J i ng,et a.l Progress on study of

honeyco m b s and w ich steel panel[J].A vi ati on Preci s i on M anufactur

i ng Tec hno l ogy,2004,40(3):14-15.(i n C h i nese)

[10] 梅志远,谭大力,朱锡,等.铝质舰体轻型复合装甲试验研究

[J].爆炸与冲击,2006,26(2):150-155.

M E I Zh i yu an,TAN Da l,i Z HU X,i et a.l Experi m ental research on

light co m pos i te ar m or of w ars h i p w it h al um i num all oy struct ure[J].

Exp l osion and Shock W aves,2006,26(2):150-155.(i n Ch i nese) [11] 富明慧,尹久仁.蜂窝芯层的等效弹性参数[J].力学学报,

1999,31(1):113-118.

F U M i ng hu,i YI N J i u ren.E qu i valent elastic para m et ers of t he hon

eycomb core[J].C hinese Jou rnal of Theoreti cal and Appli ed M e

c h an i cs,1999,31(1):113-118.(i n Ch i n ese)

[12] 张延昌,王自力.蜂窝式夹层板耐撞性能研究[J].江苏科技大

学学报:自然科学版,2007,21(3):1-5.

Z HANG Y an chang,WANG Z i l.i S t udy on cras hw orth i ness of hon

eycomb sandw i ch panel under l ateral dyna m i c l oad[J].Journa l of

Jiangsu U n i vers it y of S ci en ce and T echnology:N at ural S ci ence Ed i

tion,2007,21(3):1-5.(i n Ch i n ese)

[13] 王自力,张延昌.基于夹层板的单壳船体结构耐撞性设计[J].

中国造船,2008,49(1):60-65.

WANG Z i l,i Z HANG Yan chang.S i ng l e hull s h i p stru cture cras h

w orthy desi gn based on sandw ich panel[J].Sh i p Bu il d i ng ofC hina,

2008,49(1):60-65.(i n C h i nese)

[14] 张延昌,顾金兰,王自力.蜂窝式夹层板结构单元的防护性能分

析[J].舰船科学技术,2008,(6):108-113.

Z HANG Y an chang,GU J i n l an,W ANG Z i l.i Research on the an

ti s hock capaci ty of square honeyco m b s and w ich p l an e[J].Sh i p S ci

en ce and T echnol ogy,2008,(6):108-113.(i n Ch i nese)

[15] 李云雁,胡传荣.试验设计与数据处理[M].北京:化学工业出

版社,2005.

LI Yun yan,HU Chuan rong.Experi m en t des i gn and dat a process

i ng[M].Beijing:Che m i cal Industry Press,2005.(i n Ch i n ese)

[16] 刘文卿.实验设计[M].北京:清华大学出版社,2005.

LI U W en q i ng.Desi gn of experi m ent[M].Beiji ng:Ts i nghua Un i

versity P ress,2005.(i n Ch i nes e)

(本文责编 刘莉)

283

(完整版)铝蜂窝板资料

一、铝蜂窝板起源科学家发现,蜜蜂所做的六角六面状窝是一个杰作,它以最少的材料消耗,构筑成极为坚固的蜂窝,其结构要比其他任何形状的结构更强有力。因为这种多墙面的排列和一系列连续的蜂窝形的网状结构,可以分散来自各方的外力,使得蜂窝结构对挤压力的抵抗,比任何圆形或正方形要高得多。科学家对蜂窝结构的研究,给人们的启迪是,即使非常纤薄的材料,只要把它制成蜂窝形状,就能够承受很大的压力。正是收到蜂巢的启发,铝蜂窝板蜂窝结构材料才开始面世。 二、铝蜂窝板简介铝蜂窝板是结合航空工业复合蜂窝板技术而开发的金属复合板产品系列。该产品采用“蜂窝式夹层”结构,即以表面涂覆耐候性极佳的装饰涂层之高强度合金铝板作为面、底板与铝蜂窝芯经高温高压复合制造而成的复合板材。铝蜂窝板产品系列具有选材精良、工艺先进和构造合理的优势,不仅在大尺度、平整度有出色的表现,而且在形状、表面处理、色彩、安装系统等方面有众多的选择。此外,面板除采用铝合金外,还可根据客户需求选择其它材质,例如:铜、锌、不锈钢、纯钛、玻璃纤维、防火板等。 三、铝蜂窝板构造 采用高强度合金铝板作为面板与底板,中间用航空粘合剂内粘六角铝箔蜂窝芯,经热压复合成型并在铝板表面施加装饰性或防腐蚀性涂层的一种高档三层全铝结构装饰板材。 四、铝蜂窝板特点 - 板材平整度高 - 安装方便快捷 - 板材重量轻、强度高 - 可实现大块面的板材 - 蜂窝状芯材有助于空间的保温效果 - 丰富的颜色和表面处理可供选择 - 出色的定制化加工能力,满足客户的个性化需求 - 高质量材质和先进加工工艺,确保产品经久耐用 - 各种安装系统适用不同方案,且便于安装和日常维护 五、铝蜂窝板产品用途 (1)建筑幕墙外墙挂板(2)室内装饰工程(3)广告牌(4)船上建筑(5)航空制造业(6)室内隔断及商品展示台(7)商用运输车和货柜车车体(8)公共汽车、火车、地铁及轨道交通车辆(9)对环保要求很严的现代家具行业来说,用 铝蜂窝板来做家具的加工材料,是新世纪一种很好的材料选择,其完全无毒的绿色品质,让家具商在加工家具时,少了不必要的环保程序;另外,铝蜂窝板面板可多样化如实木,铝板,石膏板,天然大理石材,均可做成蜂窝板,材料选择方便。(10)铝蜂窝板隔断:铝蜂窝板隔断的出现,打破了以往传统的隔断模式,以其高贵、清新、气派的风格,赢得了中、高档办公空间的市场份额。

正交试验设计方法 讲义及举例

正交试验设计方法讲义及举例 第5章 正交试验设计方法 5.1 试验设计方法概述 试验设计是数理统计学的一个重要的分支。多数数理统计方法主要用于分析已经得到的数据,而试验设计却是用于决定数据收集的方法。试验设计方法主要讨论如何合理地安排试验以及试验所得的数据如何分析等。 例5-1 某化工厂想提高某化工产品的质量和产量,对工艺中三个主要因素各按三个水平进行试验(见表5-1)。试验的目的是为提高合格产品的产量,寻求最适宜的操作条件。 对此实例该如何进行试验方案的设计呢? 很容易想到的是全面搭配法方案(如图5-1所示): 此方案数据点分布的均匀性极好,因素和水平的搭配十分全面,唯一的缺点是实验次数多达33=27次(指数3代表3个因素,底数3代表每因素有3个水平)。因素、水平数 愈多,则实验次数就愈多,例如,做一个6因素3水平的试验,就需36=729次实验,显然难以做到。因此需要寻找一种合适的试验设计方法。 试验设计方法常用的术语定义如下。 试验指标:指作为试验研究过程的因变量,常为试验结果特征的量(如得率、纯度等)。例1的试验指标为合格产品的产量。 因素:指作试验研究过程的自变量,常常是造成试验指标按某种规律发生变化的那些原因。如例1的温度、压力、碱的用量。 水平:指试验中因素所处的具体状态或情况,又称为等级。如例1的温度有3个水平。温度用T 表示,下标1、2、3表示因素的不同水平,分别记为T 1、T 2、T 3。

常用的试验设计方法有:正交试验设计法、均匀试验设计法、单纯形优化法、双水平单纯形优化法、回归正交设计法、序贯试验设计法等。可供选择的试验方法很多,各种试验设计方法都有其一定的特点。所面对的任务与要解决的问题不同,选择的试验设计方法也应有所不同。由于篇幅的限制,我们只讨论正交试验设计方法。 5.2 正交试验设计方法的优点和特点 用正交表安排多因素试验的方法,称为正交试验设计法。其特点为:①完成试验要求所需的实验次数少。②数据点的分布很均匀。③可用相应的极差分析方法、方差分析方法、回归分析方法等对试验结果进行分析,引出许多有价值的结论。 从例1可看出,采用全面搭配法方案,需做27次实验。那么采用简单比较法方案又如何呢? 先固定T 1和p 1,只改变m ,观察因素m 不同水平的影响,做了如图2-2(1)所示的三次实验,发现 m =m 2时的实验效果最好(好的用 □ 表示),合格产品的产量最高,因此认为在后面的实验中因素m 应取m 2水平。 固定T 1和m 2,改变p 的三次实验如图5-2(2)所示,发现p =p 3时的实验效果最好,因此认为因素p 应取p 3水平。 固定p 3和m 2,改变T 的三次实验如图5-2(3)所示,发现因素T 宜取T 2水平。 因此可以引出结论:为提高合格产品的产量,最适宜的操作条件为T 2p 3m 2。与全面搭配法方案相比,简单比较法方案的优点是实验的次数少,只需做9次实验。但必须指出,简单比较法方案的试验结果是不可靠的。因为,①在改变m 值(或p 值,或T 值)的三次实验中,说m 2(或p 3或T 2 )水平最好是有条件的。在T ≠T 1,p ≠p 1时,m 2 水平不是最好的可能性是有的。②在改变m 的三次实验中,固定T =T 2,p =p 3 应该说也是可以的,是随意的,故在此方案中数据点的分布的均匀性是毫无保障的。③用这种方法比较条件好坏时,只是对单个的试验数据进行数值上的简单比较,不能排除必然存在的试验数据误差的干扰。 运用正交试验设计方法,不仅兼有上述两个方案的优点,而且实验次数少,数据点分布均匀,结论的可靠性较好。 正交试验设计方法是用正交表来安排试验的。对于例1适用的正交表是L 9(34),其试验安排见表5-2。 所有的正交表与L 9(34)正交表一样,都具有以下两个特点: (1) 在每一列中,各个不同的数字出现的次数相同。在表L 9(34)中,每一列有三个水平,水平1、2、3都是各出现3次。 (2) 表中任意两列并列在一起形成若干个数字对, 不同数字对出现的次数也都相同。

夹层设计

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。一般面板采用强度和刚度比较高的材料,芯子采用密度比较小的材料,如蜂窝芯、泡沫芯和波纹板芯等(如图10.4.1所示)。夹层结构具有质量轻、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,因此在飞行器结构上得到了广泛应用。对结构高度大的翼面结构,蒙皮壁板(尤其是上翼面壁板)采用蜂窝夹层结构取代加筋板,能明显减轻质量;对于结构高度小的翼面结构,如操纵面,采用全高度夹层结构代替梁肋式结构,能带来明显的减重效果。以复合材料层合板为面板的夹层结构,由于材料的相容性,目前普遍采用Nomex 蜂窝芯子。 图10.4.1 蜂窝夹层结构示图 10.4.1 夹层结构的破坏模式与设计准则 (1)夹层结构破坏模式 夹层结构各种破坏模式如表10.4.1所示。实际上,结构破坏时几种破坏模式可能同时存在。此外,夹层结构对低能量冲击和湿热环境敏感,且修补较困难。设计时,要对各种可能破坏模式进行强度计算,还要进行防潮密封等设计。 (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,或在设计载荷下,面板应变小于设计许用应变。 对于复合材料面板:设计外加载荷=设计载荷 。其中, n 是安全系数,是考虑附加湿热影响的载荷放大系数,。 2) 芯子应有足够的厚度(高度)及刚度,以保证在“设计外加载荷”下,夹层板不发生总体失稳、剪切破坏以及过大的挠度,并保证不发生胶接面剪切破坏。 3) 芯子应有足够的弹性模量和平压强度,以及足够的芯子与面板平拉强度,以保证在“设计外加载荷”下,面板不发生起皱失稳。 4) 面板应足够厚,蜂窝芯格尺寸应合理,以防止在“设计外加载荷”下发生芯格壁失稳及面板发生格间塌陷(即格内面板失稳)。 5) 应尽量避免夹层结构承受垂直于面板的平拉或平压局部集中载荷,以防止局部芯子压塌或镶嵌件拉脱。当集中载荷不可避免时,应采取措施,将载荷分散到其他承力构件上去。 6) 胶粘剂必须具有足够的胶接强度,同时还要考虑耐环境性能和老化性能。 7) 碳纤维层合面板与铝蜂窝芯子胶接面要注意防止电偶腐蚀问题。(通常用一层玻璃纤维布将两m n f ??m f 15.1~06.1=m f

(完整word版)飞机夹层结构复合材料零部件的损伤形式及修理方法

常见飞机蜂窝板损伤形式及修理方法 航空器复合材料中的蜂窝板是由薄而强的两层面板中间胶接蜂窝材料而成的一种新型复合材料,也称蜂窝层合结构(见图1)。其面板选材有金属板、玻璃纤维、石英纤维、碳纤维等;夹心材料主要有芳纶、玻璃纤维、铝合金及发泡型结构。蜂窝可制成不同的形状。飞机上的蜂窝结构是由耐腐蚀夹心、面板、衬垫、隔板(假梁)、边肋等零件胶合而成。面板与夹芯之间用胶膜胶接,蜂窝夹芯用芯子胶和耐腐蚀胶根据实际需要形状施加真空压力后加温胶接成型。 图1 蜂窝夹心板结构 一、航空复合材料蜂窝结构损伤种类 根据航空复合材料蜂窝结构部件在使用过程中可能出现损伤的情况,我们可以大致将胶接蜂窝结构部件的损伤分以下5类: 1、表面损伤 图2 典型表面凹坑 此类损伤一般通过目视检查发现,包括表面擦伤、划伤、局部轻微腐蚀、表面蒙皮裂纹、表面小凹坑和局部轻微压陷等。这类损伤一般对结构强度不产生明显的削弱。 2、脱胶及分层损伤

该损伤是指纤维层与层之间或面板与夹芯之间的树脂失效缺陷,主要通过敲击检查、超声波检测等手段发现。此类损伤一般不引起结构外观变化,大多是在生产过程中造成的初始缺陷,并在反复使用过程中缺陷不断扩展而导致的。脱胶或分层面积过大会引起整体复合材料强度的削弱,应及时予以修补。 3、单侧面板损伤 这类损伤包括单侧面板局部压陷、破裂或穿孔,一般通过目视检查即可发现。该类型损伤能使一侧面板和蜂窝夹芯都受到损伤(表面塌陷),对气动性能和结构强度影响较大。一旦发现该类损伤必须经过修理和检验确认后方能能重新使用。 4、穿透损伤 该类型损伤是指蜂窝部件出现穿透性损伤、严重压陷和较大范围的残缺损伤等。此类损伤对结构性能和强度有严重的影响,根据受损情况立即予以修理或按需更换新件。 5、内部积水 该损伤原因主要由于蜂窝结构边缘或蜂窝材料对接边缘密封不严或密封失效,在长期使用过程中由于雨水渗透、油液浸泡以及水汽冷凝而造成蜂窝夹芯出现积水。虽然一般情况蜂窝内部积水不会造成严重影响;但在冬季日夜气温变化较大的情况下,由于积液结冰膨胀将会会造成复合材料部件内部树脂基体脱胶;同时在积液的长期浸泡下也会使复合材料的树脂基体的胶接强度大幅降低而降低部件的整体性能;特别是各类复合材料制备的舵面、襟翼、翼身整流罩及发动机部件等,均应及时检查其内部蜂窝结构的积水情况并作出相应修理措施。目前该类损伤主要通过红外热成像、X-射线检测仪等手段进行检测。 二、蜂窝结构的检查方式 1、目视检查 目视检查法是使用最广泛、最直接的无损检测方法。主要借助放大镜和内窥镜观测结构表面和内部可达区域的表面,观察明显的结构变形、变色、断裂、螺钉松动等结构异常。它可以检查表面划伤、裂纹、起泡、起皱、凹痕等缺陷;尤其对透光的玻璃钢产品,可用透射光检查出内部的某些缺陷和定位,如夹杂、气泡、搭接的部位和宽度、蜂窝芯的位置和状态、镶嵌件的位置等。 2、手锤敲击法 用于单层蒙皮蜂窝结构。用手锤敲击蜂窝结构的蒙皮,根据不同的声响来判断蜂窝结构是否脱胶。敲击时,注意锤头与蒙皮垂直,力度适当,以能判断故障不损坏蒙皮表面为宜。为使判断准确,可先在试件上试验。敲击回声清脆是良好,沉闷是脱粘。 3、外场在位检测的便携式相控阵超声波C扫描检测系统

蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展

收稿日期:2013-02-05 基金项目:航空自然科学基金资助(2010ZF56025) 作者简介:刘杰,1985年出生,硕士,助理工程师,主要从事芳纶纸蜂窝的生产与研制,E -mail:dnaliujie@https://www.360docs.net/doc/1d9128519.html, 蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展 刘一杰1一一郝一巍1一一孟江燕2 (1一北京航空材料研究院,北京一100095) (2一南昌航空大学材料科学与工程学院,南昌一330063) 文一摘一综述了有关铝蜂窝芯二芳纶纸蜂窝芯及其复合材料在制造工艺上的研究成果;蜂窝夹层结构复合材料在隔音二隔热二耐老化二冲击性能等方面的最新研究进展,并对蜂窝夹层结构复合材料的研究方向提出了几点建议三 关键词一铝蜂窝,芳纶纸蜂窝,复合材料,力学性能 Progress in Applied Research of Honeycomb Sandwich Composites Liu Jie 1一一Hao Wei 1一一Meng Jiangyan 2 (1一Beijing Institute of Aeronautical Materials ,Beijing一100095) (2一School of Material Science and Engineering ,Nanchang Hangkong University ,Nanchang一330063) Abstract 一In this paper ,the manufacturing processof the aluminum honeycomb core ,Nomex honeycomb core and composite materials have been reviewed.Furthermore ,the latest research progress of the honeycomb sandwich composites sound insulation ,heat insulation ,anti-aging ,impact properties and other aspects has been overviewed.And some suggestions of research directions of honeycomb sandwich composites are presented.Key words 一Aluminum honeycomb ,Nomex honeycomb ,Composites ,Mechanical property 0一引言 蜂窝夹层结构复合材料因其具有比强度高二抗冲 击性能好二减振二透微波二可设计性强[1-2]等优点,目前已经被广泛应用,特别是航空航天领域,蜂窝夹层结构以其优越的性能成为该领域不可缺少的结构材料之一三早期的蜂窝夹层结构复合材料芯材大多数为金属芯材,随后出现了纸蜂窝夹层结构复合材料以及纤维增强树脂蜂窝等蜂窝芯材三 目前的蜂窝夹层结构复合材料主要分为铝蜂窝夹层结构复合材料二Nomex 纸蜂窝夹层结构复合材料二玻璃钢夹层结构复合材料二棉布蜂窝夹层结构复合材料等[3],其中玻璃钢夹层结构复合材料已得到广泛的研究和应用,研究人员对于玻璃钢夹层结构复合材料的力学二隔音二隔热二抗冲击性能的研究都比较深入[4-6]三蜂窝夹层结构复合材料的性能主要由蒙皮和蜂窝芯材料的性能所决定[7],这些性能主要包括蒙皮的厚度与材质,蜂窝芯材的高度二材质二密度二 孔格大小以及形状等[8]三近些年,研究人员围绕蜂窝夹层结构复合材料做了大量研究并取得了一定成 果,本文对此作以简介三 1一铝蜂窝夹层结构 铝蜂窝芯材主要由铝箔以不同的胶接方式胶接,通过拉伸而制成不同规格的蜂窝,芯材的性能主要通过铝箔的厚度和孔格大小来控制,再将铝蜂窝芯材和不同的蒙皮材料复合,形成铝蜂窝夹层结构复合材料三铝蜂窝夹层结构复合材料具有较高的力学性能,其芯材铝蜂窝的制造成本也相对较低三但铝蜂窝夹层结构复合材料在某些环境中使用时易腐蚀,在受到冲击后,铝蜂窝芯材会发生永久变形,使蜂窝芯材与蒙皮发生分离[9-10],导致材料的性能降低三 部分研究者从胶接工艺对铝蜂窝夹层结构复合 材料进行了研究三张京等[11]从胶黏剂筛选二表面处理方法和固化工艺三个方面对铝蜂窝夹层结构的胶接工艺进行了研究三选择了流动性较好的J -47胶膜;在对表面处理方式的研究中采用磷酸阳极化处理;通过对剪切强度的对比确定了夹层结构的最佳固化工艺三铝蜂窝夹层结构的大面积粘接成型一直是夹层结构批量生产的难题,为此,韦生文[12]对铝蜂窝

minitab正交试验设计

食品科学研究中实验设计的案例分析 ——正交设计优选白芨多糖包合丹皮酚最佳工艺以及包合物的鉴定[1] 摘要:本实验采用用minitab软件设计L9(34)正交试验优选白芨多糖包合丹皮酚的最佳工艺,结果显示:以丹皮酚和白芨多糖的物料比、反应时间和反应温度为考察指标,得到优化工艺为:物料比1:6、反应时间4h、温度30℃,包封率可达29.38%,收得率74.29%。 关键词:正交设计 minitab 1 正交试验因素水平的确定 选择丹皮酚与白芨多糖的A物料比(W/W)、B反应时间(h)、C包合温度(℃)三个对试验结果影响较大的因素为考察对象,每个因素各取三个水平(表1)。采用L9(34)正交试验表进行正交试验。以所得包合物的收得率和药物包封率为考察指标,确定最佳工艺。 表一正交试验因素水平表 水平 因素 A物料比(w/w)B反应时间(h)C反应温度(℃) 1 1: 2 2 30 2 1:4 3 40

3 1:6 4 50 2 正交试验设计步骤: 1 选择统计—>DOE—>田口—>创建田口设计。 2 得出田口设计窗口,在这个窗口中我们可以设计正交试验,本试验选择3水平4因素,其中一个因素作为误差列。 3 点击显示可用设计,进入如下图的窗口,选择L9 2-4

4 点击“设计”选项,选择L9 3**4,这样我们就得到了L9(34) 6 设计完成,得到如下图的正交试验表

7 导入数据(包封率和收得率) 8 点击“DOE”—>“田口”—>“分析田口设计”,得到下图

9 在响应数据位于栏中选择“包封率” 10 在“项”选项中,选中A B C的内容,注意不要选中误差列,按下图进行设计。 11 点击确定,可得出下列的分析数据。(再按上述8-11,对收得率进行分析,可得出另外一个分析数据)

蜂窝夹层结构复合材料

1.1.夹层结构 一种复合构造的板、壳结构,它的两个表面由很薄的板材做成,中间夹以较轻的夹芯层。前者称为表板,要求强度高;后者称为夹层,要求重量轻。第二次世界大战时,为了充分利用木材资源,英国的“蚊式”轰炸机上就采用了全木质夹层结构。一般夹层结构用于机翼、尾翼、机身、箭体、箭头、减速板、发动机短舱、隔音装置、防火隔板等。与薄壁结构的薄蒙皮相比,夹层板的厚度大得多,抵抗失稳能力强,重量还可减小,而且表面光滑,气动外形良好。但它的制造工艺复杂,工艺质量又不易检验,所以应用受到限制。夹层结构表板的材料有铝合金、不锈钢、钛合金和各种复合材料。夹层材料有轻质木材、泡沫塑料等,也可用金属材料或复合材料制成波纹板夹层或蜂窝型夹层(见蜂窝结构)。夹层与表板一般用胶粘结在一起,也可用熔焊、焊接连接,形成整体。在总体受力分析中,认为上、下两表板只承受表板面内的拉、压力和剪切力,不能承受弯矩和扭矩,而中间夹层只承受垂直于夹层中面的切力。夹层结构与一般板壳结构受力分析的唯一差别在于挠度计算中除了考虑弯曲力矩产生的挠度外,还要考虑剪力的影响。夹层结构的两表板之间距离较大,所以夹层结构的弯曲刚度比一般板壳结构大得多,失稳临界应力显著提高。夹层结构自身不用铆钉,免除了钉孔引起的应力集中,提高了疲劳强度。夹层结构与相邻结构的连接较为复杂,夹层本身的局部接触强度较弱,又需承受连接的集中力,因此必须妥善进行接头设计。 1.1.类型、特点及应用 类型: 按面层分类:玻璃钢、金属、绝缘纸、胶合板、塑料板等 按芯层分类:泡沫夹层结构、波板夹层结构、蜂窝夹层结构等。特点:轻质夹芯 高强度面层

泡沫夹层结构的夹芯材料是泡沫塑料其质量轻、刚度大、保温隔热性能好。但是强度不高 蜂窝夹层结构的夹芯材料是蜂窝材料(玻璃布蜂窝、纸蜂窝、棉布蜂窝等) 特点:质量轻、强度大、刚度大 应用:构件尺寸较大、强度要求较高的部件。如图: 波板夹层结构 波板夹层结构的夹芯材料是波纹板(玻璃钢波纹板、纸基波纹板和棉布波纹板)。 特点:制作简单,节省材料,但不适用于曲面形状的制品,质量轻、刚度大。

航天器蜂窝夹层结构复合材料热变形分析

航天器蜂窝夹层结构复合材料热变形分析 航天返回与遥感 sPACECRAjRECO,,】隅Y&R]lIESENSG 第28卷第3期 2O07年9月 航天器蜂窝夹层结构复合材料热变形分析 方宝东张建刚申智春张文巧 (上海卫星工程研究所,上海200240) 摘要蜂窝夹层结构复合材料在航空,航天结构中已得到了广泛的应用.文章从热变形分析角度出 发,对蜂窝夹层结构复合材料的热变形分析问题提出了几点看法. 关键词蜂窝夹层结构复合材料热变形分析航天器TheThermalDeformationAnalysisofHoneycomb SandwichStructureCompositeMaterialsinSpacecraft FangBaodongJiangangShenZhichunZhangWenqiao (Sh~nskaInstitute0fSatelliteEngineering,Sh~nska2OO24O) AbstractThehoneycombsandwichstructurecompositematerialshavebroadapplicationfor spacecraftinthedo— mainofaeronauticsandaerospace.Fromtheaspectofthethermaldeformation,someviewpoi ntsaboutthermaldeforma—tionanalysisinthehoneycombsandwichstructurecompositematerialsareputforward. KeyWordsHoneycombsandwichstructureComix~itematerialsThermaldeformationanal ysisSpacecraft 1引言 蜂窝夹层结构复合材料具有质量轻,抗弯性能 好等特点,在航空,航天领域中有着广泛的应用【】J,

铝蜂窝板资料

一、铝蜂窝板起源 科学家发现,蜜蜂所做的六角六面状窝是一个杰作,它以最少的材料消耗,构筑成极为坚固的蜂窝,其结构要比其他任何形状的结构更强有力。因为这种多墙面的排列和一系列连续的蜂窝形的网状结构,可以分散来自各方的外力,使得蜂窝结构对挤压力的抵抗,比任何圆形或正方形要高得多。科学家对蜂窝结构的研究,给人们的启迪是,即使非常纤薄的材料,只要把它制成蜂窝形状,就能够承受很大的压力。正是收到蜂巢的启发,铝蜂窝板蜂窝结构材料才开始面世。 二、铝蜂窝板简介 铝蜂窝板是结合航空工业复合蜂窝板技术而开发的金属复合板产品系列。该产品采用“蜂窝式夹层”结构,即以表面涂覆耐候性极佳的装饰涂层之高强度合金铝板作为面、底板与铝蜂窝芯经高温高压复合制造而成的复合板材。铝蜂窝板产品系列具有选材精良、工艺先进和构造合理的优势,不仅在大尺度、平整度有出色的表现,而且在形状、表面处理、色彩、安装系统等方面有众多的选择。此外,面板除采用铝合金外,还可根据客户需求选择其它材质,例如:铜、锌、不锈钢、纯钛、玻璃纤维、防火板等。 三、铝蜂窝板构造 采用高强度合金铝板作为面板与底板,中间用航空粘合剂内粘六角铝箔蜂窝芯,经热压复合成型并在铝板表面施加装饰性或防腐蚀性涂层的一种高档三层全铝结构装饰板材。 四、铝蜂窝板特点 - 板材平整度高 - 安装方便快捷 - 板材重量轻、强度高 - 可实现大块面的板材 - 蜂窝状芯材有助于空间的保温效果 - 丰富的颜色和表面处理可供选择 - 出色的定制化加工能力,满足客户的个性化需求 - 高质量材质和先进加工工艺,确保产品经久耐用 - 各种安装系统适用不同方案,且便于安装和日常维护 五、铝蜂窝板产品用途 (1)建筑幕墙外墙挂板(2)室内装饰工程(3)广告牌(4)船上建筑(5)航空制造业(6)室内隔断及商品展示台(7)商用运输车和货柜车车体(8)公共汽车、火车、地铁及轨道交通车辆(9)对环保要求很严的现代家具行业来说,用铝蜂窝板来做家具的加工材料,是新世纪一种很好的材料选择,其完全无毒的绿色品质,让家具商在加工家具时,少了不必要的环保程序;另外,铝蜂窝板面板可多样化如实木,铝板,

复合材料蜂窝夹层结构在飞机中的应用

复合材料蜂窝夹层结构在飞机中的应用 摘要:蜂窝夹层结构复合材料的应用越来越广泛,特别是在一些特殊领域,尤 其是在飞机制造中,蜂窝夹层结构复合材料已逐渐覆盖了飞机的整个机身结构, 事实证明,蜂窝夹层结构对飞机的使用有着非常明显的帮助。本文介绍了蜂窝夹 层结构的典型蜂窝几何结构、面板、蜂窝芯材类型和性能,阐述了蜂窝夹层结构 在国外、国内飞机上的应用,并结合蜂窝夹层结构应用的一些细节论述了相应的 设计方法。 关键词:复合材料;蜂窝夹层结构;飞机 飞机结构设计的基本原则是在满足强度要求的前提下,使结构尽可能轻,这 一要求将不可避免地导致需使用稳定的薄蒙皮来承受拉伸、压缩载荷,以及剪切、扭转、弯曲载荷的耦合作用。在传统的飞机结构设计中,采用纵向加强件、增稳 桁条、翼肋、隔框等结构对蒙皮进行加固,不可避免地导致结构增重问题。夹层 结构是提高结构比刚度的有效结构形式之一,复合材料夹层结构具有重量轻、强 度刚度好、耐热、吸声隔音、抗冲击、抗疲劳等特点,广泛应用于航空航天、汽车、通信、轨道车辆、造船、医疗器械、体育器材、土木工程等领域。 一、复合材料蜂窝夹层结构 复合材料夹层结构由两个薄面板和中间夹芯层组成,芯层和面板一般用胶粘 接在一起,或用熔焊或焊接成一个整体。 夹层结构的荷载传递方式与工字梁相似,上下面板主要承受由弯矩引起的面 内拉压应力及面内剪应力,而芯材主要承受横向力产生的剪应力,上下面板间的 距离增加了截面的惯性矩,提高了结构的抗弯刚度和材料的有效利用率与结构效率。 复合材料蜂窝夹层结构的强度与蜂窝几何形状及蜂窝芯材有关。根据蜂窝的 几何形状,蜂窝芯层分为标准六角形芯、矩形过膨胀芯、强化波纹芯、方格芯、 特殊夹芯等。其中增强正六边形的强度最高,其次是正六边形蜂窝,因其制作简单,材料消耗低,强度高,因而应用最广。 复合夹层结构的面板材料包括铝合金、钛合金、不锈钢、玻璃钢等复合材料,目前在航空结构中应用较多的是碳纤维单向带或织物增强复合材料。芯材有金属 或非金属蜂窝、泡沫塑料等。金属蜂窝芯层主要为铝蜂窝,非金属蜂窝芯层主要 有诺梅克斯纸蜂窝、玻璃布蜂窝、碳纤维蜂窝等,其中,铝蜂窝或诺梅克斯纸蜂 窝具有压缩模量高、质量轻的优点,成为飞机结构中广泛应用的夹芯材料。 铝蜂窝夹芯结构一般在大剪切载荷下使用,面板通常由金属板材制成。由于 铝蜂窝与碳纤维面板一起使用,铝蜂窝与复合材料面板胶接时难以配合,此外, 由于两种材料的热膨胀系数相差较大而引起的固化变形也很明显,若对两种材料 间的电绝缘处理不当,易发生电化学腐蚀。 诺梅克斯纸蜂窝强度略低于铝蜂窝,但其具有良好的韧性及抗损伤性,质量轻、抗压强度高、抗剪强度和疲劳强度好,具有各向异性特点,抗弯刚度/质量比及抗弯强度/质量比大;吸声、隔声、隔热性能好,易于协调复合材料黏接及组装,无腐蚀问题,还能满足FST(烟雾毒性)等要求,具有比铝蜂窝更少的局部不稳定问题。诺梅克斯纸蜂窝夹芯通常与碳/玻璃纤维预浸料一起使用,由于其丰富的应用经验和适中的成本,在航空领域得到了广泛的应用。 二、蜂窝夹层结构复合材料的基本特性 1、质量轻,比强度高,尤其是抗弯刚度高,同等质量的蜂窝夹层结构复合材

铝蜂窝板技术要求7.2

铝蜂窝板技术要求 一、材料要求 1、采用3003H24 铝合金板材。 2、采用耐候性能优异的氟碳树脂涂层(PVDF),氟碳树脂含量不应低于70%,或具有更高性能的涂层系统。 3、本工程铝蜂窝板厚度为20mm ,表面氟碳辊涂处理,膜厚≥25μm,表面高光(光泽度≥70%),颜色与高光效果均以最终确认的色板为准。背板采用聚酯烤漆处理,膜厚≥7μm。 4、铝蜂窝芯为六边形结构,边长不宜大于6mm ,其铝箔厚度不宜小于 0.05mm ,经过专业的防腐处理,且具有气压平衡孔。 5、蜂窝铝板夹层结构应符合GJB/T1719 的要求,铝蜂窝芯材用胶粘剂应符合HG/T7062 的要求。胶粘剂应具有耐候性和韧性,不得使用快干易脆的环氧胶,并不应对铝材产生腐蚀,有害物质限量应符合GB18583 的要求,按照 GB/T7124-2008 和GB/T7122-1996(2004 )试验的拉伸剪切强度和剥离强度宜符合下表要求。 胶粘剂性能要求 6、胶粘剂采用进口强力双组份聚氨酯塑性胶粘剂,不得采用快干易脆的环氧树脂胶,以满足耐候性的需求。 二、质量及加工技术要求 1、铝蜂窝板外观应整洁,切边平直整齐无毛刺,正反面无铝蜂窝芯外露,折边处无明显裂纹,非装饰面无影响产品使用的损伤,产品无脱胶。

2、铝蜂窝板供应商必须具备加工制作单曲面、双曲面及不规则型铝蜂窝板的成套技术装备,并保证能够进行批量的规模生产能力。 此外,装饰面外观质量还应符合下表的要求。 外观质量 3、铝蜂窝板的外形尺寸和尺寸允许偏差 1)铝蜂窝板厚度不小于20mm 。 2)矩形平面板的尺寸允许偏差应符合下表的要求,异形板的尺寸允许偏差由供需双方商定。 尺寸允许偏差

一种铝蜂窝夹层结构仿真方法研究

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/1d9128519.html, 一种铝蜂窝夹层结构仿真方法研究 作者:李召富马龙王万静王晓军 来源:《现代商贸工业》2018年第07期 摘要:依据国家标准GB/T 1456—2005《夹层结构弯曲性能试验方法》中相关规定选取铝蜂窝夹层结构目标样件及计算载荷工况,并进行样件弯曲刚度数值计算。采用Sandwich夹芯板理论建立两种样件有限元模型,通过不同的修正系数对模型进行修正,验证数值计算与仿真分析的吻合性。 关键词:铝蜂窝;仿真方法;夹层结构 中图分类号:TB 文献标识码:A doi:10.19311/https://www.360docs.net/doc/1d9128519.html,ki.1672-3198.2018.07.089 1引言 铝蜂窝板具有轻量化、高强度、高刚度、优良隔音性能、隔热、阻燃、减震、吸能、电磁屏蔽等优点,目前已在轨道交通、国防军事、航空航天、建筑建材等工程技术领域广泛应用。铝蜂窝材料具有各向异性等材料性能,材料性能与其结构尺寸有关,为缩短研究周期、降低试验成本、增加结构可靠性,对铝蜂窝板进行仿真分析研究,并与数值经验公式进行对比,验证仿真合理性。 2计算工况及边界条件 依据国家标准GB/T 1456—2005《夹层结构弯曲性能试验方法》中相关规定选取计算载荷工况,载荷施加与边界条件见图1,各个试样的载荷选取依据《蜂窝地板三点弯曲试验报告》,初始载荷为试样破坏载荷的20%,30%,分别对每个试样的Sandwich 4个模型进行计算,各试样施加载荷情况参见表1。 3仿真建模参数 参照国标GB/T 1456—2005《夹层结构弯曲性能试验方法》中相关规定,选取2种铝蜂窝夹层结构试样,其中图2为试样三维模型,图3为夹层结构尺寸示意图,试样具体尺寸和相关材料参数见表2。 3.1等效方法 采用Sandwich夹芯板理论仅对夹芯层作了正交各向异性简化,计算量小且容易实现,参数计算方法如下: l*为蜂窝胞元的边长(mm);

铝蜂窝夹层的性能及应用

作者简介:贺中亮,男,1983年生,硕士;主要从事铝蜂窝芯的研究 Tel :029-********E-mail :zhonglianghe@https://www.360docs.net/doc/1d9128519.html, ,地址:西安市阎良开发区人民西路 铝蜂窝夹层的性能及应用 贺中亮 赵会民 刘建春 李少华 吴苗 (西安雅西复合材料有限公司,710089,西安,陕西 ) 摘 要:本文综述了夹层复合材料用铝蜂窝芯的性能及其应用,与泡沫夹层在力学性能等方面综合对比分析,并展望了铝蜂窝芯的发展及应用前景。 关键词:铝蜂窝;泡沫夹层;性能 Properties and applications of aluminum honeycomb sandwich He Zhongliang, Zhao Huimin , Liu Jianchun, Li Shaohua Wu Miao (Argosy XAC Composite Materials Ltd. Xi’an, Shaanxi, 710089, China ) Abstract This paper reviews Properties and applications on aluminum honeycomb sandwich materials, Comparative Analysis on mechanical property with foam sandwich and gives the applied prospect of aluminum honeycomb sandwich. Key words aluminum honeycomb; foam sandwich; Properties 引言 金属蜂窝是金属骨架和蜂窝孔相间的一种新型功能复合材料,因其内部结构含有许多蜂窝状直通孔而得名。铝蜂窝芯是由多层铝箔粘合,叠压,然后拉伸展开成规则的蜂窝形状。由于铝蜂窝芯的特殊构造,其分割成的众多封闭小室限制了由其合成的幕墙板内空气的流动,使热量和声波的传播受到极大的限制,具有良好的隔热、隔音、导电、耐热防腐、吸能减震,保温效果,同时它的抗弯挠、抗压性和比重轻等特性也使其他建筑材料无法比拟的。作为蜂窝家族中的“贵族”,铝蜂窝有着非常优异的性能,它强度高、耐高温、耐腐蚀,是航空、航天、高速船舶、高速列车等行业的理想材料,在建筑业是大尺寸幕墙和对阻燃要求高的室内豪华装修的首选材料。 同时由于碳纤维、芳族聚酞胺纤维增强物价格下降, 聚醋、环氧、热塑性树脂的品种和质量不断增加, 为更多的新品种夹层复合材料的研制、应用和发展提供了有利的条件。在夹层结构中,聚合物泡沫是一种最常用的芯材。主要包括:聚氯乙烯(PVC)泡沫、聚苯乙烯(PS)泡沫、聚氨酯(PU)泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫、聚醚酰亚胺(PEI)泡沫和丙烯腈-苯乙烯(SAN 或AS)泡沫等[1]。 1 铝蜂窝芯的结构 铝蜂窝夹层结构复合材料是由两块高强度的上、下蒙皮(根据使用环境不同,又是也称为面板)和中间夹着一层厚而轻的夹芯层所组成。其结构示意图见图1[2]。

铝蜂窝板资料

一、铝蜂窝板起源 科学家发现,蜜蜂所做得六角六面状窝就是一个杰作,它以最少得材料消耗,构筑成极为坚固得蜂窝,其结构要比其她任何形状得结构更强有力。因为这种多墙面得排列与一系列连续得蜂窝形得网状结构,可以分散来自各方得外力,使得蜂窝结构对挤压力得抵抗,比任何圆形或正方形要高得多、科学家对蜂窝结构得研究,给人们得启迪就是,即使非常纤薄得材料,只要把它制成蜂窝形状,就能够承受很大得压力、正就是收到蜂巢得启发,铝蜂窝板蜂窝结构材料才开始面世。 二、铝蜂窝板简介 铝蜂窝板就是结合航空工业复合蜂窝板技术而开发得金属复合板产品系列。该产品采用“蜂窝式夹层”结构,即以表面涂覆耐候性极佳得装饰涂层之高强度合金铝板作为面、底板与铝蜂窝芯经高温高压复合制造而成得复合板材。铝蜂窝板产品系列具有选材精良、工艺先进与构造合理得优势,不仅在大尺度、平整度有出色得表现,而且在形状、表面处理、色彩、安装系统等方面有众多得选择、此外,面板除采用铝合金外,还可根据客户需求选择其它材质,例如:铜、锌、不锈钢、纯钛、玻璃纤维、防火板等。 三、铝蜂窝板构造 采用高强度合金铝板作为面板与底板,中间用航空粘合剂内粘六角铝箔蜂窝芯,经热压复合成型并在铝板表面施加装饰性或防腐蚀性涂层得一种高档三层全铝结构装饰板材。 四、铝蜂窝板特点 -板材平整度高 - 安装方便快捷?—板材重量轻、强度高 -可实现大块面得板材 - 蜂窝状芯材有助于空间得保温效果?—丰富得颜色与表面处理可供选择?- 出色得定制化加工能力,满足客户得个性化需求 —高质量材质与先进加工工艺,确保产品经久耐用?—各种安装系统适用不同方案,且便于安装与日常维护 五、铝蜂窝板产品用途 (1)建筑幕墙外墙挂板(2)室内装饰工程(3)广告牌(4)船上建筑(5)航空制造业(6)室内隔断及商品展示台(7)商用运输车与货柜车车体(8)公共汽车、火车、地铁及轨道交通车辆(9)对环保要求很严得现代家具行业来说,用铝蜂窝板来做家具得加工材料,就是新世纪一种很好得材料选择,其完全无毒得绿色品质,让家具商在加工家具时,少了不必要得环保程序;另外,铝蜂窝板面板可多样化如实木,铝板,石膏板,天然大理石材,均可做成蜂窝板,材料选择方便。(10) 铝蜂窝板隔断:铝蜂窝板隔断得出现,打破了以往传统得隔断模式,以其高贵、清新、气派得风格,赢得了中、高档办公空间得市场份额。

重磅正交试验设计典型案例

正交实验设计案例分析 45120611戴杰 摘要:正交实验设计法在工业生产中具有广阔的应用领域,但由 于推广不够,在实践少有应用,除了观念上的影响外,对操作方 法的疑惑和不熟悉,也是重要因素。我们小组选取了两个典型案 例,对正交实验设计法的操作方法和步骤进行了介绍。 正交实验设计法在工业生产中具有广阔的应用领域。作为一种科学的实验方法,它以投资少、易操作见效快的特点而为人们所关注,在已经试点过的单位都不同程度地取得了明显效果,受到企业的普遍欢迎。正交实验设计法虽然已经取得了骄人的业绩,但它的推广并不普遍。原因主要是许多企业科学意识差,对正交法缺乏正确认识,不懂操作程序,甚至怕麻烦。鉴于此,我们选择了两个典型案例,对正交法的应用程序和方法做出了说明。 一、双氰胺生产工艺的优化研究 1.1 立项背景 山西省双氰胺厂。1989年引进技术,设计能力为年产双氰胺500t,1990年投产,1991年全年生产双氰胺300t。虽然当时双氰胺出厂价为15000元/t,市场供不应求,但由于该企业产量达不到设计能力,成本很高,年亏损30多万元,企业处于非常困难的境地。 1.2 经诊断发现的问题 (1)双氰胺的主要原材料质量差,有效含氮量低。调查结果:石灰氮最好是一级品占一半,其余为二级品以下。石灰氮产品的行业标准(有效含氮量)是:优级品>=20%,一级品>18%,二级品>17%,次品<17%。经过对比,该厂石灰氮有效含氮量低,是双氰胺消耗高、成本高、产量低的主要原因。 (2)石灰窑CO2气体浓度太低且很不稳定,是制约双氰胺生产的关键因素。经调查发现,CO2气体浓度一般在17%以下,有时12%左右,致使双氰胺车间第一道工序(即水解工序)脱钙速度慢、时间长,是制约双氰胺产量的关键。 (3)双氰胺的生产工艺影响因素多,优化潜力大。经分析认为:水解投料量、水解pH 值、聚合工序的聚合温度、聚合pH值、结晶温度等因素,均对产品质量和消耗有影响。多因素影响正好适用正交法。 1.3 正交法在各生产车间的应用及效果 (1)提高白灰窑CO2气体浓度的正交实验。经调查,投入的煤和石头的比例是由人工估计的,并不计量,每天加料总量和分配的层次随意性很大。由于没有固定的工艺标准,CO2气体浓度既不可能稳定,生产效果也不可能提高。故采取了以下措施:一是安装地磅,投入的煤和石头要求过磅计量;二是实施正交优化。 经计算,石灰窑优化方案的因素水平及实验结果(选用L9(3^4)正交表安排实验)分别如表1、表2所示。 表1 因素水平表

正交试验设计法示例

正交试验设计法 一、什么是正交试验设计法 正交试验设计法(简称正交试验法)就是利用正交表来合理安排试验的一种方法。 二、正交表 表1正交表L9(34) 此表是日本规格协会推荐的正交表 表1就是一张已经设计好的正交表,它有9行4列,表内有3种数码—“1”、“2”、“3”。如果我们用L表示正交表,n 表示正交表的行数;q表示正交表的列数;t表示正交表内的数码种类,那么一张正交表可以用符号表示为:

例如:L9(34)正交表,最多可以安排4个因素做试验,每个因素可取3个水平,共有9种试验方案,这显然大大减少了试验方案是数量,因为如果安排4因素3水平的全搭配试验必须有34=81次试验方案才行。 三、正交表的优点 多:可以考虑多因素,多指标。 快:试验周期短,见效快。 好;可以找到最佳方案。 省:试验次数少。 假如:考虑十三个因素,三水平的试验。 用L27(313)安排只要做27次试验。 而进行全面试验时,则要做313=1594323次试验,如果每天做10次试验,也要做436.8年之久方可做完.

四、正交试验表的种类 分两类: 一类是水平数相同的正交表,即正交表中每一列所包含的代表水平的数码是一样的。例如:L4(23)、L8(27)、 L9(34)等等。 另一类是水平数不同的正交表,例如:L8(41×24)、 L18(21×37)、L18(61×36)、L16(42×212)L32(49×24)。 L8(41×24)

L16(42×212)

四:常用正交试验设计与分析步骤 1、明确试验目的 2、确定考察指标 3、挑因素选水平 4、设计试验方案 5、实施试验方案 6、试验结论分析 7、验证试验 8、结论与建议 例:设计纸飞机试验 1、试验目的: 找到一组飞行距离最远的纸飞机设计参数。 2、考察指标 Y——纸飞机飞行距离。 3、挑因素选水平 分析: 影响Y的重要因素 A:材料B:尺寸C:抛出力D:抛出角度根据实际情况每个因素取3个水平

正交试验设计案例分析

正交实验设计案例分析 45120611 戴杰 摘要:正交实验设计法在工业生产中具有广阔的应用领域,但 由于推广不够,在实践少有应用,除了观念上的影响外,对操 作方法的疑惑和不熟悉,也是重要因素。我们小组选取了两个 典型案例,对正交实验设计法的操作方法和步骤进行了介绍。 正交实验设计法在工业生产中具有广阔的应用领域。作为一种科学的实验方法,它以投资少、易操作见效快的特点而为人们所关注,在已经试点过的单位都不同程度地取得了明显效果,受到企业的普遍欢迎。正交实验设计法虽然已经取得了骄人的业绩,但它的推广并不普遍。原因主要是许多企业科学意识差,对正交法缺乏正确认识,不懂操作程序,甚至怕麻烦。鉴于此,我们选择了两个典型案例,对正交法的应用程序和方法做出了说明。 一、双氰胺生产工艺的优化研究 1.1 立项背景 山西省双氰胺厂。1989 年引进技术,设计能力为年产双氰胺500t,1990 年投产, 1991 年全年生产双氰胺300t。虽然当时双氰胺出厂价为15000 元/t,市场供不应求,但由 于该企业产量达不到设计能力,成本很高,年亏损30 多万元,企业处于非常困难的境地。1.2 经诊断发现的问题 (1)双氰胺的主要原材料质量差,有效含氮量低。调查结果:石灰氮最好是一级品占 一半,其余为二级品以下。石灰氮产品的行业标准(有效含氮量)是:优级品>=20%,一级品>18%,二级品>17%,次品<17%。经过对比,该厂石灰氮有效含氮量低,是双氰胺消耗高、成本高、产量低的主要原因。 (2)石灰窑CO2 气体浓度太低且很不稳定,是制约双氰胺生产的关键因素。经调查 发现,CO2 气体浓度一般在17%以下,有时12%左右,致使双氰胺车间第一道工序(即水 解工序)脱钙速度慢、时间长,是制约双氰胺产量的关键。 (3)双氰胺的生产工艺影响因素多,优化潜力大。经分析认为:水解投料量、水解pH 值、聚合工序的聚合温度、聚合pH 值、结晶温度等因素,均对产品质量和消耗有影响。多因素影响正好适用正交法。 1.3 正交法在各生产车间的应用及效果 (1)提高白灰窑CO2 气体浓度的正交实验。经调查,投入的煤和石头的比例是由人工估计的,并不计量,每天加料总量和分配的层次随意性很大。由于没有固定的工艺标准, CO2 气体浓度既不可能稳定,生产效果也不可能提高。故采取了以下措施:一是安装地磅, 投入的煤和石头要求过磅计量;二是实施正交优化。 经计算,石灰窑优化方案的因素水平及实验结果(选用L9(3^4)正交表安排实验)分别 如表1、表 2 所示。 因素水平表1 表.

相关文档
最新文档