Сандвичевой конструкции

Расчет «сандвичевых» конструкций весьма сложен. Теория прочности многослойных конструкций приводит к сложным выражениям, слишком громоздким для того, чтобы их можно было применять при обычных расчетах конструкций, особенно тогда, когда поверхностными слоями являются слоистые пластики с тканевым наполнителем. Расчет таких конструкций выходит за рамки настоящей книги, и поэтому читателя отсылаем к работе [13].

Рис. 6.5. Формование автоклавным методом Сандвичевых конструкций.

Рис. 6.5. Формование автоклавным методом Сандвичевых конструкций.

Сотовые и панельные конструкции являются видом продукции, использующей непропитанные и пропитанные крафт-бумаги, алюминиевые, магниевые и титановые сплавы, армированные пластики, арамидные бумаги, стеклопластики на основе тканей и связующих. Структура сотовых (сандвичевых) конструкций состоит из двух облицовочных пластин, толстой легкой сердцевины (заполнителя), разделенного несущими пластинами, и адгезионных слоев, связывающих элементы конструкции. Несущие и облицовочные материалы изготавливают в самолетостроении из алюминевых, титановых сплавов и сталей, углепластиков или стеклопластиков. Заполнителями, придающими устойчивость конструкции, служат дерево, пенопла-сты, армированные пластики.

21.6.3. Последовательное проектирование Сандвичевых конструкций ...................,...... 372

Напряжения, возникающие в поверхностных (облицовочных) слоях ячеистых сандвичевых конструкций и описывающиеся уравнением (20.21), могут привести к разрушению сердцевины композита и всей сандвичевой панели. Однако в этом случае необходима замена az в уравнении (20.21) на предел прочности сердцевины при сжатии.

Структура сандвичевых конструкций состоит из следующих элементов (рис. 21.1): двух тонких прочных облицовочных пластин — обшивок, толстой легкой сердцевины — заполнителя, разделяющего несущие пластины и распределяющие нагрузку между ними, и адгезионных слоев, связывающих пластины с заполнителем и передающих нагрузку от заполнителя к облицовкам и обратно. Сандвичевую конструкцию обычно рассматривают как двутавровую балку, одна из горизонтальных полок пластин которой «работает» на сжатие, а другая — на растяжение. Сотовый заполнитель, связывающий пластины, аналогичен вертикальной полке балки, «работает» на сдвиг и повышает изгибную жесткость структуры, хотя, в противоположность двутавру, основным его назначением является опора для пластин облицовки.

самых первых композиционных материалов, получивших широк признанней применение. Практически для всех видов граждансю самолетов и вертолетов, а также военных летательных аппарат! и ракет используются сандвичевые конструкции. Эффективное' различных сандвичевых конструкций показана на рис. 2).; Например, для сандвичевых структур различной толщины с ajii миниевыми листами были получены следующие значения (д; структуры 1/4-5052 плотностью 37 кг/м3 с облицовкой толщине 2 мм):

Главными функциями несущих облицовочных материалов (листов) для Сандвичевых конструкций являются обеспечение их жесткости относительно изгиба и сдвига в плоскости пластин, а также передача нагрузок в той же плоскости. В самолетостроении чаще всего используются стекловолокнистые препреги, пре-преги на основе углеродных волокон (тканей или однонаправленных материалов), алюминиевые сплавы марок 2024 и 7075, титановые или стальные листы. Зачастую возможность использования того или иного материала диктуется ценой на него, и конструкторские разработки могут меняться в зависимости от стоимости исходных материалов.

21.1. Типичные механические свойства материалов весущнх пластин Сандвичевых конструкций

21.2. Механические свойства (МПа) бальзовой древесины! используемой в качестве заполнителя Сандвичевых конструкций

В настоящее время формованные из углепластиков конструкционные материалы для самолетов в основном можно подразделить на следующие группы: 1) двутаврового или Н-образного сечения с неравномерным профилем; 2) плоские. Наружные листы для Сандвичевых сотовых и других трехслойных конструкций почти всегда имеют простую форму. Такие элементы конструкций обычно изготавливаются методом автоклавного формования. На рис. 6.5 показано получение сандвичевой конструкции с использованием препрегов и одновременным отверждением и склеиванием компонентов. При изготовлении коробчатых конструкций предварительно сформованные листы обшивки, лонжероны и

На рис. 6.19 показаны разработанные фирмой "Симменс" (ФРГ), прозрачные для рентгеновских лучей столы, а также схемы структуры листового покрытия, кассет и других изделий из углепластиков. На рис. 6.20 показан прозрачный для рентгеновских лучей стол, который имеет меньшую массу благодаря использованию Сандвичевой конструкции с внешним слоем из углепластика.

В настоящее время формованные из углепластиков конструкционные материалы для самолетов в основном можно подразделить на следующие группы: 1) двутаврового или Н-образного сечения с неравномерным профилем; 2) плоские. Наружные листы для Сандвичевых сотовых и других трехслойных конструкций почти всегда имеют простую форму. Такие элементы конструкций обычно изготавливаются методом автоклавного формования. На рис. 6.5 показано получение сандвичевой конструкции с использованием препрегов и одновременным отверждением и склеиванием компонентов. При изготовлении коробчатых конструкций предварительно сформованные листы обшивки, лонжероны и

На рис. 6.19 показаны разработанные фирмой "Симменс" (ФРГ), прозрачные для рентгеновских лучей столы, а также схемы структуры листового покрытия, кассет и других изделий из углепластиков. На рис. 6.20 показан прозрачный для рентгеновских лучей стол, который имеет меньшую массу благодаря использованию Сандвичевой конструкции с внешним слоем из углепластика.

При правильном соотношении компонентов материала можно получать изделия, имеющие все преимущества сандвичевой конструкции, т. е. центральную часть с низкой плотностью и прочные лицевые поверхности, что обеспечивает благоприятное отношение жесткости к массе.

Этот тип разрушения характерен для композиционных материалов Сандвичевых структур. В этом случае ламинаты рассматриваются как балка, подвергающаяся деформации, а сердцевина сандвичевой конструкции рассматривается как упругое основание. Критические поверхностные напряжения определяются исходя из основного уравнения (20.17) для потери устойчивости слоя, но жесткость определяется как

Используя сотовую структуру иа основе арамидной бумаги, можно получить материал заполнителя с высокой прочностью, обладающий плотностью 16 ... 48 кг/м3 и использующийся для облицовки внутренних стен и потолка. Несущие панели — стеклотекстолит толщиной менее 0,25 мм. Физические и механические свойства сотовых структур для заполнителя Сандвичевой конструкции зависят в основном от свойств материалов, из которых эти конструкции производятся. На рис. 21.4 приведены данные

Адгезивы представляют класс веществ, с помощью которых связываются материалы жестких непрерывных несущих пластин с материалами сотового заполнителя. Знание класса таких связующих, которые не всегда являются модификацией эпоксидных смол, необходимо как проектировщикам конструкций, так и производственникам, чтобы избежать возникающих при соединении слоев материалов Сандвичевой конструкции проблем. Ряд факторов, на которые необходимо обратить особое внимание, будет обсужден ниже.

V — максимальное удельное усилие сдвига в расчете иа 1 м ширины, Н/м; d — общая толщина сандвичевой конструкции (готового заполнителя), мм; h — расстояние между средними осями несущих пластин, мм, А = te + '/; ,s—размер ячейки сотового заполнителя, мм; /—толщина панели, мм;

расстояние между осевыми линиями пластин h — 108,6 мм я# « 0,109 м. Если взять за основу общую толщину сандвичевой конструкции t = 0,102 м, то h = 0,098 м. Для практической конструкции определим предельно допустимые напряжения в несущей пластине и заполнителе. Для несущих пластин разных толщин имеем

Для сандвичевой конструкции толщиной t = 0,14 м прогиб