stringtranslate.com

Композит сэндвич-структурой

Композитная сэндвич-панель, используемая для испытаний в НАСА

В материаловедении композит с сэндвич-структурой — это особый класс композитных материалов , которые изготавливаются путем прикрепления двух тонких, но жестких оболочек к легкому, но толстому ядру. Материал ядра обычно имеет низкую прочность, но его большая толщина обеспечивает сэндвич-композиту высокую жесткость на изгиб при общей низкой плотности .

В качестве основных материалов обычно используются пены с открытыми и закрытыми ячейками, такие как полиэфирсульфон , поливинилхлорид , полиуретан , полиэтилен или полистирол , бальзовое дерево , синтактические пены и соты . Иногда сотовая структура заполняется другими пенами для дополнительной прочности. Металлическая пена с открытыми и закрытыми ячейками также может использоваться в качестве основных материалов.

В качестве обшивочных материалов широко используются ламинаты из термопластиков , армированных стекловолокном или углеродным волокном, или в основном термореактивные полимеры ( ненасыщенные полиэфиры , эпоксидные смолы ...). В некоторых случаях в качестве обшивочного материала используется также листовой металл .

Сердечник соединяется с обшивками при помощи клея или посредством пайки с помощью металлических компонентов .

Схема собранного композитного сэндвича (A) и входящих в его состав лицевых листов или оболочек (B) и сотового заполнителя (C) (альтернативно: пенопластового заполнителя)

История

Ниже приводится краткий обзор важных разработок в области сэндвич-структур. [1]

Типы сэндвич-конструкций

Металлический композиционный материал (МКМ) представляет собой тип сэндвича, образованного из двух тонких металлических слоев, соединенных с пластиковым сердечником в ходе непрерывного процесса под контролируемым давлением, нагревом и натяжением. [3]

Переработанная бумага теперь также используется поверх переработанного крафт-сотового сердечника с закрытыми ячейками, создавая легкий, прочный и полностью репульпируемый композитный картон. Этот материал используется для таких применений, как дисплеи в точках продаж, перегородки, перерабатываемая офисная мебель, выставочные стенды, стеновые разделители и террасные доски. [4]

Для фиксации различных панелей, среди прочих решений, обычно используется переходная зона, которая представляет собой постепенное уменьшение высоты сердцевины, пока две волокнистые оболочки не соприкоснутся. В этом месте фиксация может осуществляться с помощью болтов, заклепок или клея.

С учетом типа сердечника и способа, которым сердечник поддерживает оболочки, сэндвич-структуры можно разделить на следующие группы: однородно поддерживаемые, локально поддерживаемые, регионально поддерживаемые, однонаправленно поддерживаемые, двунаправленно поддерживаемые. [5] Последняя группа представлена ​​сотовой структурой , которая благодаря оптимальному соотношению производительности и веса обычно используется в большинстве требовательных приложений, включая аэрокосмическую промышленность .

Свойства сэндвич-конструкций

Прочность композитного материала во многом зависит от двух факторов:

  1. Внешние оболочки: Если сэндвич поддерживается с обеих сторон, а затем напрягается посредством направленной вниз силы в середине балки, то изгибающий момент вызовет сдвигающие силы в материале. Сдвиговые силы приводят к растяжению нижней оболочки и сжатию верхней оболочки. Материал сердцевины разделяет эти две оболочки. Чем толще материал сердцевины, тем прочнее композит. Этот принцип работает во многом так же, как и в двутавровой балке . [6]
  2. Интерфейс между сердцевиной и обшивкой: Поскольку напряжения сдвига в композитном материале быстро меняются между сердцевиной и обшивкой, адгезивный слой также испытывает некоторую степень сдвиговой силы. Если адгезионная связь между двумя слоями слишком слаба, наиболее вероятным результатом будет расслоение. Разрушение интерфейса между кожей и сердцевиной является критическим и наиболее распространенным видом повреждения. Склонность этого повреждения распространяться через интерфейс или погружаться либо в кожу, либо в сердцевину регулируется компонентом сдвига. [7]

Применение сэндвич-конструкций

Композитная сотовая структура сопла вертолета

Сэндвич-конструкции могут широко использоваться в сэндвич-панелях различных типов, таких как сэндвич-панели из стеклопластика, алюминиевые композитные панели и т. д. Композитная сотовая панель из армированного полиэфиром стеклопластика (сэндвич-панель) изготавливается из армированного полиэфиром пластика, многоосного высокопрочного стекловолокна и сотовой панели из полипропилена в специальной форме с противоскользящим рисунком протектора с помощью процесса вакуумной адсорбции и склеивания при постоянной температуре и затвердевания.

Теория

Теория сэндвичей [8] [9] описывает поведение балки , пластины или оболочки , состоящей из трех слоев - двух лицевых листов и одного сердечника. Наиболее часто используемая теория сэндвичей является линейной и является расширением теории балок первого порядка . Линейная теория локального выпучивания сэндвичей важна для проектирования и анализа сэндвич-плит или сэндвич-панелей , которые используются в строительстве зданий, транспортных средств, самолетов и холодильной технике.

Смотрите также

На Викискладе есть медиафайлы по теме Композитные соты .

Ссылки

  1. ^ EconHP Holding – История без Flash /index.php Архивировано 18 июля 2011 г. на Wayback Machine . Econhp.de. Получено 06 сентября 2012 г.
  2. ^ Катлер, Джон Генри; Коппель, Иван; Либер, Джереми (10 февраля 2006 г.). Понимание конструкций самолетов . Blackwell Publishing Limited. стр. 14. ISBN 1-4051-2032-0.
  3. ^ Фланаган, Джим (2007). «Область строительных возможностей, созданных MCM и изолированными металлическими панелями». Новости металлоконструкций . 28 (10).
  4. ^ "WPC Terrassendielen" (на немецком языке). 1 января 2023 г.
  5. ^ "Классификация сэндвич-панелей (по типу сердечника)". EconCore.com . Получено 2014-10-07 .
  6. ^ Гир, Джеймс М. (2004). Механика материалов . Thomson Brooks/Cole. стр. 393–463. ISBN 0-534-41793-0.
  7. ^ Saseendran, Vishnu (2017). Характеристика разрушения и анализ расслаивающихся сэндвич-композитов. Технический университет Дании. ISBN 978-87-7475-524-1.
  8. ^ Плантема, Ф. Дж., 1966, Многослойные конструкции: изгиб и выпучивание многослойных балок, пластин и оболочек , Jon Wiley and Sons, Нью-Йорк.
  9. ^ Зенкерт, Д., 1995, Введение в сэндвич-конструкции , Engineering Materials Advisory Services Ltd, Великобритания.

Внешние ссылки