復材夾芯結構連接設計研究

晁燦

【摘 要】復合材料夾芯結構在飛機設計中十分常見，其連接設計是夾芯結構設計的一大難點。本文通過參考大量相關設計手冊文獻，總結目前常用的連接設計形式，介紹各類鑲嵌件形式的特點及使用形式。

【關鍵詞】復材夾芯；連接設計；鑲嵌件

復材夾芯結構抗彎剛度高、隔音隔熱好、耐疲勞，可以在質量最優的情況下達到剛性結構件的要求，因此廣泛應用于飛機結構設計中。

夾芯結構通常是由比較薄的面板和比較厚的芯子固化膠接而成，常用的如蜂窩夾芯結構、泡沫夾芯結構等。一般面板采用強度和剛度比較高的材料，而芯子支撐中間，使面板在承受應力時能夠很好的保持彈性穩定性。由于夾芯材料相對較軟，傳遞集中力的能力較差，但由于結構設計需要，傳遞集中力是不可避免的。因此需要合理的進行夾芯結構連接設計，本文主要以蜂窩夾芯結構為例，結合實際設計制造經驗，總結常用的連接設計形式。

1 連接設計原則

夾芯連接的基本原理就是對夾芯進行加強，增強其承載性能，根據不同的傳力特點及實際需求確定不同的結構形式。其基本原則主要包括：

1）結構盡量簡單，方便裝配；

2）提高連接區面板擠壓強度，根據載荷大小適當增加加強鋪層，以提高孔邊擠壓強度；

3）注意材料相容性；

4）要進行局部強度計算確定連接件尺寸大小。

2 鑲嵌件形式

鑲嵌件在夾芯結構連接中廣泛應用，根據放置時間一般分為前置式和后置式兩種形式。前置式是鑲嵌件與夾芯結構共固化，后置式則是在已制好的夾芯結構上制孔，將鑲嵌件放入后用充填膠固定，目前一般采用前者。

2.1 充填混合物

2.2 局部鑲嵌墊塊

局部鑲嵌墊塊形式連接區剛度大，嵌墊塊可標準化，同時可根據載荷類型和大小選擇不同材料和規格的鑲嵌墊塊，達到減重效果。不同材料的鑲嵌塊特點如下：

1）高密度鋁箔、鈦箔或不銹鋼箔蜂窩夾芯，質量小、剛度大但工藝復雜，成本高；

2）層壓板，成本低，強度、剛度大，但質量大；

3）硬質泡沫塑料，成本低質量小，但剛度、強度均不高。

2.3 鑲嵌襯套

為提高擠壓強度及拉脫強度，可采用鑲嵌襯套形式。鑲嵌襯套可克服填充材料抗壓強度和剛度低的缺點，質量很輕，具有很大優勢。但是襯套高度與夾芯協調困難，同時襯套孔定位復雜，對制造工藝的水平要求較高。為了保證鑲嵌襯套與夾芯連接的穩定性，一般在襯套周圍仍需增加填充膠處理，填充范圍可考局部鑲嵌墊塊尺寸。

2.4 鑲嵌螺母

鑲嵌螺母不僅具有較高的擠壓強度及拉脫強度，且具有自鎖功能。使用中其托板螺母的作用，固定可靠，使用方便。常用于夾芯結構的鑲嵌螺母有通孔型和盲孔型兩種。

3 結論

本文通過參考大量常用的復材結構設計和分析資料手冊，總結了相關的夾芯結構連接鑲嵌件形式設計，供夾芯結構連接設計時使用。

【參考文獻】

[1]飛機設計手冊.第9冊[M].航空工業出版社，2001，12.

[2]復合材料結構設計手冊[S].中國航空工業出版社，2001，11.

[3]復合材料設計手冊[S].航空工業出版社，1990.12.

[責任編輯：湯靜]