1 前 言
復合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)一般由上下面板、芯材、粘接層等組成,其上鑲嵌有埋件,形成傳力接頭。埋件結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)設計中廣泛使用的連接形式，是蜂窩結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)連接時的主要受力部件。根據(jù)制備工藝的不同，埋件分為預埋件和后埋件,埋件多使用金屬埋件,多采用后埋工藝。目前埋件夾層結(jié)構(gòu)的破壞機理尚不明確,埋件的拉脫強度一般通過試驗獲得。
本文采用玻璃密度板G1040.25"預埋于0.4mm厚碳纖維材料面板紙窩芯(6.34 mm厚)的夾層結(jié)構(gòu)中。研究結(jié)果表明，隨著預埋件直徑增加,拉脫載荷不斷增加,但當預埋件直徑大于30mm后，預埋件直徑的增加對拉脫載荷的提高已經(jīng)沒有意義,這主要是因為面板出現(xiàn)了皺褶失穩(wěn)破壞。
2 拉脫強度試驗
2.1 試驗件
夾層結(jié)構(gòu)拉脫強度試驗件示意圖如圖1所示，陰影區(qū)域為預埋玻璃密度板，中間開孔處安裝螺栓。
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2.1.1試驗件材料
試驗件采用碳纖維材料面板和Nomex蜂窩的夾層結(jié)構(gòu),主要材料如表1所示。
| 序號 | 結(jié)構(gòu)名稱 | 材料 | 生產(chǎn)廠家 | 備注 |
| 1 | 面板 | T700S-12K- 50C/#2510 |
日本東麗 |
碳纖維織物預浸料， 厚約0.44mm |
| 2 | 膠膜 | EA9696.060 | Henkel | － |
| 3 | 黏結(jié)劑 | AF 3024 | 3M 公司 | － |
| 4 | 蜂窩 | AHN4120-3/16- 3．00－t0．25" |
美國赫氏 |
正六邊型結(jié)構(gòu)， 厚度約6．34mm |
| 5 | 預埋件 | G10-t0．25" | 日本東麗 |
玻璃密度板， 厚度約6．34 mm; |
2. 1.2 試驗件矩陣(見表2)
| 組號 | 試件件編號 | L | D | d | 數(shù)量 |
| 1 | S1-PG10-203-0101～ 0108 | 200 | 20 | 4.8 | 8 |
| 2 | S1-PG10-204-0101～ 0108 | 200 | 20 | 6.4 | 8 |
| 3 | S1-PG10-303-0101～ 0108 | 240 | 30 | 4.8 | 8 |
| 4 | S1-PG10-304-0101～ 0108 | 240 | 30 | 6.4 | 8 |
| 5 | S1-PG10-403-0101～ 0108 | 300 | 40 | 4.8 | 8 |
| 6 | S1-PG10-404-0101～ 0108 | 300 | 40 | 6.4 | 8 |
試驗件編號按以下格式命名:例如:S1PG10-203-0101
段“S1”表示一種夾層結(jié)構(gòu)鋪層;
第二段“PG10”表示填充玻璃板(G10-t0.25")拉脫強度試驗;
第三段“203”表示填充直徑為20 mm,安裝螺栓NAS6303- 8(螺栓直徑為4.8mm) ;“204”表示填充直徑為20 mm,安裝螺栓NAS6304-8(螺栓直徑為6.4 mm) ;以此類推;
第四段“0101”表示01塊大板上的01號試驗件，以此類推,序號增加。
2.2 試驗過程
2.2.1 試驗安裝
不同預埋件直徑的試驗件對應不同的夾具,D為20mm試驗件對應的夾具間隙孔直徑為140 mm,D為30 mm試驗件對應的夾具間隙孔直徑為180mm,D為40 mm試驗件對應的夾具間隙孔直徑為240 mm,間隙孔直徑為夾具孔直徑。
試驗安裝時,為保證安裝后試驗件居中,安裝前需在試驗機底板上標記安裝位置,安裝后采用鉛錘檢查是否居中，如果不居中，調(diào)整試安裝位置直至居中。
本試驗緊固件NAS6303-8(螺栓直徑為4.8mm)擰緊力矩預設為1.2N.m,緊固件NAS6304-8(螺栓直徑為6.4 mm)擰緊力矩預設為2.4 N*m。
2.2.2 試驗步驟
加載采用位移控,加載速率為2mm/min, 數(shù)據(jù)采樣頻率為20Hz。開啟試驗機,加載直至達到較大載荷,并且載荷從較大載荷下降30%為止,以防止因孔的大變形而掩蓋真實的破壞形式。卸載,取下試驗件,記錄試驗件較大破壞載荷和破壞形式及相應的載荷位移曲線。
3 試驗結(jié)果與討論
典型載荷位移曲線如圖2所示，拉脫破壞載荷及破壞形式如表3所示。
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| 組號 | 樣品編號 | Fm | Sn-1 | CV | 破壞形式 |
| 1 | S1-PG10-203-*** | 6313.2 | 568.2 | 9% | 與蜂窩膠結(jié)處撕裂或邊緣處皺褶失穩(wěn) |
| 2 | S1-PG10-204-*** | 6118.1 | 673.0 | 11% | 與蜂窩膠結(jié)處撕裂或邊緣處皺褶失穩(wěn) |
| 3 | S1-PG10-303-*** | 8154.5 | 982.1 | 12% | 邊緣處皺褶失穩(wěn) |
| 4 | S1-PG10-304-**** | 8878.9 | 475.9 | 5% | 邊緣處皺褶失穩(wěn) |
| 5 | S1-PG10-403-**** | 7067.0 | 422.1 | 6% | 邊緣處皺褶失穩(wěn) |
| 6 | S1-PG10-404-**** | 7283.3 | 404.2 | 6% | 邊緣處皺褶失穩(wěn) |
加載過程中預埋件所在區(qū)域的上、下面板出現(xiàn)了明顯的拉伸變形,這說明拉脫載荷通過預埋件、黏結(jié)劑傳遞給周圍的蜂窩夾芯和面板。加載到較大載荷后，試驗件發(fā)生脆性破壞，典型載荷位移曲線如圖2所示。試驗件的主要破壞形式為預埋件與蜂窩膠結(jié)處撕裂破壞和試驗件邊緣處皺褶失穩(wěn)破壞。
由表3可知，預埋件直徑為20mm時，拉脫載荷約為6200N,較許文彬等、李鶯歌等43800N左右的類似金屬后埋件結(jié)構(gòu)，拉脫載荷有較大提高。這是由于采用預埋工藝,面板和埋件結(jié)合為整體,且埋件與蜂窩膠結(jié)接觸面積增大,有效提高了拉脫載荷。
預埋件直徑由20mm(夾具間隙孔直徑為140mm)n)變?yōu)?0mm(夾具間隙孔直徑為180mm)時,破壞形式由預埋件與蜂窩膠結(jié)處撕裂或試驗件邊緣處皺褶失穩(wěn)變?yōu)樵囼灱吘壧幇欛奘Х€(wěn)破壞。破壞載荷由6200N左右增加到8300N左右。
這主要是由于拉脫力經(jīng)過周圍的膠黏劑以剪切力形式傳遞給周圍的蜂窩夾芯。隨著埋件直徑增加,有效剪切面積增加,剪切力增大,進而拉脫載荷增大。預埋件直徑較小，預埋件周圍的剪切力小于試驗件皺褶穩(wěn)定載荷，進而試驗件預埋件與蜂窩膠結(jié)處撕裂破壞。預埋件直徑較大，預埋件周圍剪切力大于試驗件皺褶穩(wěn)定載荷，進而試驗件邊緣處皺褶失穩(wěn)破壞。
預埋件直徑由30mm(夾具間隙孔直徑為180mm)變?yōu)?0mm(夾具間隙孔直徑為240mm),破壞形式均為試驗件邊緣處皺褶失穩(wěn)破壞。破壞載荷由8300N左右降到7000N左右。
預埋件直徑大于30mm,預埋件周圍剪切力大于試驗件皺褶穩(wěn)定載荷,進而試驗件邊緣處皺褶失穩(wěn)破壞。但預埋件直徑為30mm時,試驗夾具間隙孔直徑為180mm,預埋件直徑為40mm時，試驗夾具間隙孔直徑為240mm,間隙孔直徑的增大,增加了附加彎矩,因彎矩增加而增加的載荷大于因預埋件直徑增加而增大的載荷，進而拉脫載荷下降。
結(jié)論
(1)拉脫載荷主要通過預埋件、黏結(jié)劑傳遞給周圍的蜂窩夾芯和面板;
(2)較類似金屬后埋件結(jié)構(gòu)的,拉脫載荷有較大提高;
(3)隨著預埋件直徑的增加,拉脫載荷不斷增加;
(4)預埋件直徑大于30mm后,預埋件直徑增加對拉脫載荷的提高已經(jīng)沒有意義,這主要是因為面板已經(jīng)開始皺褶失穩(wěn)破壞。
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