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复合材料夹芯结构壁板箱型梁制备技术与弯曲性能研究

常洋洋  
【摘要】:复合材料夹芯结构壁板箱型梁结构不但具有复合材料夹芯结构轻质、高强的力学性能,还具有箱型梁结构优异的抗扭刚度、抗弯刚度和对正负弯矩作用的不敏感性,在航空航天等领域有着广阔的应用前景。 本文主要开展了复合材料夹芯结构壁板箱型梁结构的构型设计、制备工艺及箱型梁的弯曲性能等方面的研究。提出了复合材料夹芯结构壁板箱型梁整体成型策略及成型工艺方案,采用水溶性芯模及纤维布带缠绕二次固化工艺,成功实现了复合材料夹芯结构壁板箱型梁的整体制备。 箱型梁为中空形式的梁结构,整体成型难度大,一般采用简单壁板分步组装工艺制造。为客观评价整体成型箱型梁的力学性能优势,本文采用传统的分步组装工艺制备了相同规格的复合材料夹芯结构壁板箱型梁试样,并对整体成型和分步组装工艺成型箱型梁的弯曲性能进行了比较分析。 本文以正方形截面箱型梁为例,对复合材料夹芯结构壁板箱型梁分步组装成型的截面分型方法进行了系统研究,提出了复合材料夹芯结构平面壁板(I型)、U型梁及L型梁三种组装方案。分步组装方案采用真空袋压工艺先制备出复合材料夹芯结构部件,然后采用粘接工艺粘接组装出相应的复合材料夹芯结构壁板箱型梁。 采用三点弯曲加载试验,以最大载荷/质量比和弯曲刚度/质量比为评价标准,考察了整体成型和分步组装成型复合材料夹芯结构壁板箱型梁的力学性能。结果表明,整体成型箱型梁的弯曲载荷/质量比提高130.9%,弯曲刚度/质量比提高了105.3%。在分步组装成型的复合材料夹芯结构壁板箱型梁中,U型梁组装方案和L型梁组装方案制备的箱型梁的力学性能优于平面壁板(I型)组装方案制备的箱型梁;由于分步组装部件构型及连接方式的不对称性,分步组装工艺制备的箱型梁的弯曲性能具有方向性。


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