复合材料夹层结构分析
夹层结构复合材料设计原理及其应用
夹层结构复合材料设计原理及其应用
夹层结构复合材料是一种由两层或多层材料组成的复合材料，其中夹层材料通常是一种轻质、高强度的材料，如泡沫塑料、蜂窝结构、铝合金等，而外层材料则通常是一种高强度、高刚度的材料，如碳纤维、玻璃纤维等。
夹层结构复合材料的设计原理是通过组合不同的材料，以达到优化材料性能的目的。
夹层结构复合材料的应用非常广泛，特别是在航空航天、汽车、建筑等领域。
在航空航天领域，夹层结构复合材料被广泛应用于飞机机身、机翼、尾翼等部件中，以提高飞机的强度和刚度，同时减轻重量，提高燃油效率。
在汽车领域，夹层结构复合材料被应用于车身、底盘等部件中，以提高汽车的安全性能和燃油效率。
在建筑领域，夹层结构复合材料被应用于建筑外墙、屋顶等部件中，以提高建筑的抗风、抗震性能，同时减轻建筑重量，降低建筑成本。
夹层结构复合材料的设计原理是通过选择不同的材料，以达到优化材料性能的目的。
例如，在航空航天领域，夹层结构复合材料通常由碳纤维和泡沫塑料组成，碳纤维提供高强度和高刚度，泡沫塑料提供轻质和吸能性能。
在汽车领域，夹层结构复合材料通常由玻璃纤维和铝合金组成，玻璃纤维提供高强度和高刚度，铝合金提供轻质和耐腐蚀性能。
在建筑领域，夹层结构复合材料通常由钢板和聚氨酯泡沫组成，钢板提供高强度和高刚度，聚氨酯泡沫提供轻质和隔热性能。
夹层结构复合材料是一种非常重要的材料，它具有轻质、高强度、高刚度、吸能性能等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
夹层结构复合材料的设计原理是通过选择不同的材料，以达到优化材料性能的目的。
未来，随着科技的不断发展，夹层结构复合材料将会得到更广泛的应用。
复合材料层合／夹层板热膨胀／弯曲有限元分析
复合材料层合／夹层板热膨胀／弯曲有限元分析本文介绍了有限元软件ABAQUS的有限元建模和仿真分析的过程，并且应用ABAQUS对层合板/夹层板的热膨胀和热弯曲问题进行分析，建模过程中分别采用实体单元和壳单元两种不同单元建模，分别对两种单元建立模型的热膨胀和热弯曲问题仿真分析。
通过与精确解的比较可以得出：实体单元可以更好的应用于复合材料层合/夹层结构的热膨胀和热弯曲问题。
具有一定的工程指导意义。
标签：层合板；夹层板；热膨胀；热弯曲1 引言复合材料具有低密度比强度、高比强度和高比刚度等性能，并且还具有稳定的化学性质、良好的耐磨性和良好的耐热性等优点，已经广泛的应用在航空航天领域。
复合材料无论是在制备还是应用的过程中，都不可避免的与热接触，或者是处于热环境之中。
复合材料层合结构和夹层结构在使用过程中会因温度变化而产生热膨胀，受热后产生的应力、应变会对复合材料的力学性能产生重要影响，在热应力的作用下，可能会导致结构的失效。
因此，复合材料受温度影响而导致的热膨胀和热弯曲问题的分析是十分重要的。
而且这个研究方向是一个非常值得深入的研究方向。
国内外对于热问题的研究在理论方面已经取得了重大进展，但是在实际工程问题分析中，有许多问题应用理论求解时时非常困难的，甚至有的问题无法求解。
随着有限云方法的出现和有限云软件的发展，使得有些工程问题变得简单高效。
本文采用有限云软件ABAQUS对于复合材料层合结构和夹层结构的热膨胀和热弯曲问题进行仿真分析。
2 复合材料层合板/夹层板几何模型的建立2.1 复合材料层合板/夹层板几何模型的建立本文建立的模型是用有限元软件ABAQUS建立的，具体的建模步骤如下：本文建立的复合材料三层板分别采用实体单元和壳单元，两种不同的单元建立的。
首先介绍实体单元有限元模型的建立。
实体单元建立模型时进入Part模块，选择三维，实体，可变性，模型空间“大约尺寸”设置为50，其他参数保持不变，采用实体单元建模的时候，采用的是实体拉伸，点击继续进入草图编辑界面。
复合材料中常见的夹芯材料介绍
复合材料中常见的夹芯材料介绍1、夹芯结构材料定义夹芯结构材料（sandwich material），又叫夹层结构材料，是一种复合材料夹层结构。
夹层结构材料的整体受力原理类似工字梁。
夹层结构材料的面板承受由弯矩引起的面内正应力和面内剪切应力，芯材主要承受由面板传来的横向剪切应力，与此同时还具有稳定两块面板，防止局部屈服的作用。
夹层结构材料具有优良的比刚度和比强度，即在同等刚度和强度下，重量更低。
此外，夹层结构材料还具有削弱噪音与震动、隔热、抗疲劳、阻燃、吸声、隔震等优点。
夹层结构材料通过合理选择芯材和面板，可以有效降低材料的单位体积成本。
常用的夹层结构材料芯材主要分为三类：硬质泡沫、蜂窝和轻木。
硬质泡沫主要有：聚氯乙烯（PVC）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚氨酯（PU）、聚乙烯（PET）、聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）。
蜂窝：常见的蜂窝芯材有NOMEX蜂窝、铝蜂窝、棉布蜂窝、玻璃布蜂窝等。
轻木：轻木芯材是一类天然可再生芯材，原料为巴尔沙轻木2、夹芯材料的应用介绍通常夹层结构材料的强度要高于单独的面板材料或芯材刚度、强度，且重量、成本等均低于单一材料，因此被广泛应用于建筑、公路运输、轨道交通、航空、传播、风电等领域。
芯材是风电叶片关键材料之一，在叶片的前缘、后缘以及腹板等部位，一般采用夹层结构来增加结构刚度，防止局部失稳，提高整个叶片的抗载荷能力。
叶片常用芯材为PVC 泡沫和Balsa。
随着风电市场的日趋成熟，叶片向大型化方向发展，对叶片的重量、质量、成本以及材料的一致性提出新的要求。
现已开发出不同的新型芯材，逐渐在风能行业中得到应用和认可，主要包括聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫（PET）、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫（PMI）、聚醚酰亚胺泡沫（PEI）、丙烯腈-苯乙烯泡沫（SAN）、聚苯乙烯泡沫（PS）、纤维增强复合材料芯材等。
对于芯材，除了要求优异的力学性能外，还需考虑芯材的加工、承受的温度、制品形状以及在叶片中使用的工艺性能。
复合材料夹层结构分析
复合材料夹层结构分析复合材料夹层结构是指由两个或多个不同材料组成的结构，每个材料在夹层结构中的分布和相互作用对整个结构的性能起着重要的影响。
本文将从夹层结构的组成、分析方法和应用领域三个方面进行介绍，并重点探讨夹层结构的应力分析、强度计算和疲劳寿命预测等方面的问题。
夹层结构的组成可以有很多种形式，例如纤维增强复合材料夹层结构、金属-复合材料夹层结构、复合材料-塑料夹层结构等。
其中，纤维增强复合材料夹层结构是最常见的一种形式。
在纤维增强复合材料夹层结构中，一般由多层纤维增强复合材料板材和粘接剂层组成。
其中，板材是由纤维和基体材料复合而成的，粘接剂层用于将不同板材连接在一起。
夹层结构的分析方法可以通过有限元分析、理论分析和试验分析等途径进行。
其中，有限元分析是最常用的分析方法之一、有限元分析可以通过将夹层结构离散化成有限个小单元，然后利用数值方法求解得到夹层结构的应力、应变和变形等信息。
在进行有限元分析时，需要考虑夹层结构的几何形状、材料特性和加载方式等因素，并选择合适的有限元模型和边界条件。
夹层结构的应力分析是夹层结构分析的关键一步。
应力分析可以通过解析方法、数值方法和试验方法进行。
在解析方法中，常用的有层合板理论、三维理论和剥离理论等。
层合板理论是最常见和简化的一种方法，它假设夹层结构是一个薄板，在板厚方向上应力变化不大。
三维理论则考虑了夹层结构的厚度效应，可以更准确地描述夹层结构的应力分布。
而剥离理论则主要用于描述夹层结构在受剪力作用下的剥离破坏。
夹层结构的强度计算是夹层结构分析中的另一个重要内容。
强度计算可以通过解析方法和试验方法进行。
在解析方法中，常用的有杠杆平衡法、层合板理论和损伤力学等。
杠杆平衡法可以用于计算夹层结构的最大弯曲应力和最大剪应力等。
层合板理论可以用于计算夹层结构的最大应力和最大应变等。
而损伤力学则可以用于描述夹层结构的疲劳寿命和损伤演化过程等。
夹层结构的疲劳寿命预测是夹层结构分析的重要内容之一、疲劳寿命预测可以通过数值模拟和试验验证相结合的方法进行。
蜂窝夹层结构复合材料应用及成型工艺分析
蜂窝夹层结构复合材料应用及成型工艺分析摘要：复合材料因其本身的优异性能而备受关注，其中蜂窝夹层结构是一种较为特殊的复合材料，其一般是通过2层及以上蒙皮、蜂窝夹芯再以胶黏剂来固结的形式制备而成，已经广泛用于航空、航天、轨道交通、舰船、医疗、建筑等领域。
文章就蜂窝夹层结构复合材料的应用、成型工艺、工艺要点进行了论述与分析。
关键词：蜂窝夹层结构；复合材料应用；成型工艺引言讨论并分析蜂窝夹层结构复合材料应用及成型工艺，需明确该种复合材料的基本制备流程，判定并总结其制备过程的影响因素，因此来实现对成型工艺的有效控制，使其达到更好的制备效果，满足各个方面的应用需求。
1 蜂窝夹层结构复合材料应用1.1 航空应用（1）蜂窝夹层复合材料因其质量轻、抗剪切失稳能力强、弯曲强度大等因素而广泛地应用在各种航天结构中，尤其是该种材料的减重效果，在舵面、副翼、舱门、雷达罩等结构上有着极好的应用效果；蜂窝夹层结构复合材料最早出现在美国F15战斗机系列的平尾、垂尾、机翼前缘等位置；其后用于F／A18飞机上的飞行控制面；后续在F35飞机上的方向舵、垂尾前缘、襟副翼等位置皆有应用。
而在民用飞机上，该种复合材料也具备着一定的优势，B787、A380、A340、A320等飞机上皆有含该项材料的结构件，比如方向舵等。
（2）因蜂窝夹层结构材料耐腐蚀、减震、力学性能优良，亦会较多应用在各种航空航天功能件制造上，比如天线罩、整流罩等结构功能件；借助适宜的外形设计，不但可满足飞行器整体的气动外形标准要求，还可借助结构设计与模拟计算，通过设定相应的结构形式来满足飞行装置透波等性能要求；此外，在各种飞机饰件选择与装饰时亦会应用到该项材料，比如飞机内饰板壁、底板等结构。
而在蜂窝夹层结构工艺迅速发展的背景下，行业内的专业研究学者亦开始探索“绿色蜂窝+改性酚醛预浸料”、“绿色蜂窝+改性酚醛预浸料”等绿色蜂窝夹层结构在飞机侧壁板等结构上应用的可能性，并取得了较好的研究成果[1]。
复合材料蜂窝夹层结构的优化设计
复合材料蜂窝夹层结构的优化设计一、引言复合材料蜂窝夹层结构是一种新型的轻质高强材料结构，其具有优异的力学性能和重量比。
因此，在航空航天、汽车、船舶等领域中得到广泛应用。
本文将对复合材料蜂窝夹层结构的优化设计进行探讨。
二、复合材料蜂窝夹层结构的组成复合材料蜂窝夹层结构由三部分组成：面板、蜂窝芯和面板。
其中，面板是由复合材料制成的，通常采用碳纤维或玻璃纤维增强塑料；蜂窝芯是由铝或塑料等轻质材料制成，具有良好的抗压性能；最后一层面板与第一层面板相同。
三、复合材料蜂窝夹层结构的力学性能1. 抗弯强度高：由于采用了轻质高强度的蜂窝芯，使得该结构在承受外力时能够有效地抵抗弯曲变形。
2. 抗压性好：由于采用了铝或塑料等轻质材料作为蜂窝芯，使得该结构在承受外力时能够有效地抵抗压缩变形。
3. 重量轻：由于采用了轻质材料和蜂窝结构，使得该结构的重量比传统材料结构降低了约50%。
4. 热膨胀系数低：由于面板和蜂窝芯的热膨胀系数不同，因此在温度变化时不易发生破裂和变形。
四、复合材料蜂窝夹层结构的优化设计1. 面板厚度的优化设计：面板厚度对复合材料蜂窝夹层结构的强度和重量有着较大的影响。
一般来说，面板越厚，强度越高，但重量也会相应增加。
因此，在优化设计中需要根据具体使用场景和要求选择合适的面板厚度。
2. 蜂窝芯密度的优化设计：蜂窝芯密度对复合材料蜂窝夹层结构的强度和重量也有着较大的影响。
一般来说，密度越小，重量越轻，但强度也会相应减弱。
因此，在优化设计中需要根据具体使用场景和要求选择合适的蜂窝芯密度。
3. 面板和蜂窝芯的材料选择：面板和蜂窝芯的材料选择也是影响复合材料蜂窝夹层结构性能的重要因素。
一般来说，面板采用碳纤维或玻璃纤维增强塑料，而蜂窝芯则采用铝或塑料等轻质材料。
4. 夹层结构的优化设计：夹层结构的优化设计也是影响复合材料蜂窝夹层结构性能的重要因素。
一般来说，采用对称夹层结构可以使得该结构在承受外力时具有更好的抗弯强度和抗压性能。
夹层结构复合材料设计原理及其应用
夹层结构复合材料设计原理及其应用夹层结构复合材料是一种由两层面材料夹着一层中间材料构成的结构。
这种复合材料由于具有优异的性能，如高强度、高刚度、低密度、抗疲劳、耐腐蚀、耐高温等特点，被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑和体育器材等诸多领域。
1.材料的选择夹层结构复合材料的强度和刚度取决于所采用的面材料和中间层材料的性能。
一般来说，面材料应具有良好的拉伸强度和弹性模量，而中间层材料则应具有较高的剪切强度和剪切模量。
为了满足工程应用的需求，还需要考虑材料的密度、成本、加工性能和耐久性等因素。
2.层间界面的设计夹层结构复合材料中，面材料与中间层材料之间的层间界面是复合材料性能的关键因素之一。
层间界面的强度和粘结性决定了材料的整体强度和耐久性。
为了保证夹层结构复合材料的性能，需要选择适当的胶粘剂或界面剂，并对界面进行加强处理，如表面处理、微观结构设计等方法。
3.结构的设计夹层结构复合材料的结构设计需要考虑受力情况、应力分布、连接方式等因素。
合理的结构设计可以提高复合材料的整体强度和刚度，减小材料的重量和成本。
在具体的工程应用中，还需要考虑材料的制造工艺和加工方便性等因素。
夹层结构复合材料的应用也十分广泛，例如：1.航空航天领域在航空航天领域，夹层结构复合材料可以用于制造飞机机翼、机身、桁架等部件，以及卫星、火箭等航天器。
这些部件通常需要具有高强度、高刚度、低密度、抗疲劳、耐腐蚀、耐高温等特点，而夹层结构复合材料正好可以满足这些要求。
2.汽车领域在汽车领域，夹层结构复合材料可以用于制造车身、车门、引擎罩等部件。
这些部件可以大大降低汽车的重量，提高燃油效率和性能，并且具有较好的吸音和隔热效果。
3.建筑领域4.体育器材领域在体育器材领域，夹层结构复合材料可以用于制造滑雪板、高尔夫球杆、网球拍等器材。
这些器材具有高强度、高刚度、低重量、优异的灵敏性和稳定性，可以提高运动员的表现水平。
复合材料夹层结构芯材
复合材料夹层结构芯材夹层结构芯材的应用领域十分广泛，例如在航空航天领域中，夹层结构芯材被广泛应用于飞机机身、机翼和尾翼等部件中，可以显著提高飞机的抗弯刚度、抗压能力和疲劳寿命，同时减轻了整体重量。
在轻型车辆领域，夹层结构芯材可以用于汽车车身和座椅等部件中，提高汽车的碰撞安全性和节能性能。
在建筑领域中，夹层结构芯材可以用于墙体和屋顶等部件中，提高建筑的抗震性能和隔热性能。
夹层结构芯材的主要组成部分是芯材、上下面板和粘接剂。
芯材通常采用轻质、高强度的材料，例如泡沫塑料、铝合金、蜂窝结构等。
泡沫塑料芯材具有质量轻、耐腐蚀、吸音隔热等优点，常用于航空航天和建筑领域。
铝合金芯材具有高强度、刚性好、阻燃性能好等优点，常用于汽车和建筑领域。
蜂窝结构芯材由许多蜂窝状的小腔体组成，具有高比强度、刚度和吸能性能，常用于航空航天领域。
上下面板通常采用玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料等高强度材料制成，以提供夹层结构的表面强度。
粘接剂用于将芯材和上下面板牢固地粘接在一起，以形成整体结构。
夹层结构芯材具有许多优越性能。
首先，它具有较高的强度和刚度，能够有效抵抗外部载荷作用下的变形和破坏。
其次，夹层结构芯材具有较低的密度，可以减轻整体重量，提高产品的载重能力和燃油经济性。
此外，夹层结构芯材还具有良好的冲击吸能性能，能够吸收和分散冲击能量，减少事故发生时的伤害。
另外，夹层结构芯材还具有优异的阻燃性能和耐腐蚀性能，能够提高产品的安全性和使用寿命。
然而，夹层结构芯材也存在一些问题和挑战。
首先，制备复杂，加工难度大，需要高精度的模具和复杂的工艺控制。
此外，夹层结构芯材的成本较高，需要考虑生产成本和性能要求之间的平衡。
另外，夹层结构芯材的设计和优化也需要考虑多个因素的影响，包括结构形式、材料选择、制备工艺等，需要进行全面的性能评估和优化设计。
综上所述，夹层结构芯材是一种具有特定性能和结构的夹层材料，应用广泛且具有许多优越性能。
复合材料夹层结构
点阵夹芯结构
应用领域
点阵夹芯结构应用于卫星结构，其 大的空隙为热控元件提供了安置空 间，无需在结构中挖掘空洞，保持 了结构完整性
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点阵夹层结构
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点阵夹层结构
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点阵夹层结构
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传统夹层结构
芯材的制备 芯材与蒙皮的胶接 蒙皮的成型 芯材的承压能力与压力传递
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传统夹层结构
夹层结构的优点很多，如比强度高、比刚度高、结 构稳定性好、承载能力高、耐疲劳、抗振动、隔音、隔热 等。
5
新型轻质夹层结构复合材料
Z向缝合夹层结构
Z-pin夹层结构
新型轻质夹层 结构复合材料
连体织物夹层结构
点阵夹芯结构
6
Z向缝合夹层结构
上面板
泡沫 芯材
下面板
承力柱
突出平压强度 优异耐久性 良好隔热隔声性
1.胶液压力。涂胶辊对玻璃布的接触压力越大，胶液 浸透到玻璃布背面的可能性也就越大，容易造成严 重的透胶现象，致使固化后的蜂窝芯子条拉不开。
2.胶液粘度。胶液粘度越大越不易透胶，但粘度过 大会造成涂胶困难，或使胶层过厚在加压固化过程 中出现透胶。胶液粘度小则容易在涂胶过程中发生 透胶。因此在保证涂胶顺利的情况下，胶液粘度越 大越好。
3.皱褶和偏斜。涂胶过程中往往会出现玻璃布打折 和偏移，影响蜂窝质量。原因是传动不平稳，涂胶 导向及胶布放布辊之间不平行等。
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② 压制固化
涂胶完毕后从叶轮转筒上取下的蜂窝叠块，按所 用胶的固化规范固化。压力大小以胶液不渗透到玻璃 布背面，保证蜂窝胶接边胶合良好为原则。
蜂窝叠块的厚度即布的层数，由产品的尺寸要求 来决定。可由以下公式算出：
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复合材料夹层结构有限元分析
2 复合材料结构理论
在有限元分析软件中，模型单元的形式是建立于不同的 复合材料结构理论的基础上。一种有限元软件的能力优劣取 决于构建有限元分析的基本理论是否完整有效。复合材料夹 层结构构建理论分成三种：即等效单层的二维理论；分层理 论；三维理论，相对应的这三种理论采取的模型单元也可以分 成三种：即层合单元；多层单元；三维固体单元。
体元（夹芯）
单层分割夹芯
多层（二层）分割夹芯
图 2 夹芯分割形式
4 实例
某结构复合材料天线罩壳体分为外、中、内三层面板和中
间两层蜂窝芯的 C 夹层结构形式，面板均由三层石英玻璃布
QW140/BRH100 组成。夹芯为边长 2.75mm 的正六边形蜂窝芯
(NH-1-2.75-64)，单层厚度为 4mm。
分析研究与探讨
Doors & Windows
复合材料夹层结构有限元分析
韩学礼 毛森鑫
中航飞机汉中飞机分公司
摘 要：本文根据复合材料夹层结构受力分析理论，对复合材料夹层结构强度方面的有限元分析进行初步研究，给出了复合 材料结构在强度方面的分析方法。
关键词：复合材料；夹层结构；有限元建模；强度
1 概述
复合材料是由二种以上不同的材料按一定规律组合而 成。在复合材料结构的分析中，要做好两件事情：一是在复合 材料结构的特征尺度上准确地预测复合材料的特征应力参 数；二是采用一个正确的复合材料破坏准则。特征应力参数 的计算与复合材料破坏准则的选择是紧密相关的。某结构复 合材料天线罩主要采用蜂窝夹层结构，即用碳纤维（或玻璃纤 维）层压板为面板、加蜂窝夹芯的夹层结构。通过蜂窝夹芯的 作用，保证面板协调工作（见图 1）。
根据上述情况在复合材料夹层结构有限元强度分析中， 采用分层单元和三维单元模拟全部夹层结构是十分困难的， 现在的商业化有限元分析软件一般都采取层合单元来建模。
最新复合材料夹层结构分析专业知识讲座
板材种类
厚度(mm)
铝蜂窝夹层板 20
铝板
12.5
钢板
8.75
弯曲刚度 N(m^2/m)
重量(kg)
1.15 x 10^6 6.3 1.15 x 10^6 33.8 1.15 x 10^6 68.7
比刚度
10.8 5.3 1.0
表2 铝蜂窝板抗风压力能力
幕墙(1m x 2m) 风压300kgf/m^2 风压500kgf/m^2
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夹层结构的特点 仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。
• 1)具有大的弯曲刚度/重量比,弯曲强度/重量比 • 2)具有良好的吸声,隔声,隔热性能 • 3)具有大的屈曲临界载荷 • 4)对湿热环境敏感,设计时要防潮密封 • 5)面板对低能冲击敏感 • 6)修补困难
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2 夹层材料 仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。
面板
选择面板时，主要考虑的是材料的刚度和强度，
• 可选择铝、不锈钢、玻璃钢、天然石材、防火 板装饰板、喷塑金属板,复合材料等，以满足不同 的使用要求。
文档来源于网络仿，。表文文档1档所几如提有种供不的常当信之用息处仅板，供材请参联重考系之量本用人刚，或不性网能比站作删较为除科。学依据，请勿模
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(a) The B
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• 玻璃钢材料的特点是强度高，模量低。 • 因此，用单一的玻璃钢材料制造梁板，满足强度要求时，
复合材料夹层结构分析
复合材料夹层结构分析复合材料夹层结构是一种由两层或多层材料组成的结构，其中不同材料层通过层间粘接或焊接等工艺相连。
它的结构设计旨在充分发挥各种材料的优势，使夹层结构具有较高的性能和应用价值。
在实际应用中，夹层结构广泛用于航空航天、汽车、建筑等领域。
夹层结构的优势主要体现在以下几个方面：1.强度和刚度优势：夹层结构中的不同层材料可以互相补充，使整个结构具有更高的强度和刚度。
例如，夹层结构可以利用高强度纤维增强聚合物复合材料作为外层，在保证较高强度的同时，通过内层材料的增韧作用提高结构的韧性。
2.轻量化优势：夹层结构可以有效减轻整体结构的重量。
由于复合材料的密度较小且具有较高的强度，可以使用薄而轻的复合材料构成夹层结构，从而达到减轻结构重量的目的。
这对于提高载重能力、降低能耗和提高运行效率具有重要意义。
3.抗疲劳和耐久性优势：夹层结构在使用过程中具有较好的抗疲劳和耐久性能。
由于夹层结构中的不同材料层具有不同的性能，使整个结构具有更好的抗疲劳和耐久性能。
例如，夹层结构可以利用耐磨材料作为外层，使结构表面具有更好的耐磨性，提高结构的使用寿命。
4.导热和绝缘性优势：夹层结构中的不同层材料可以起到隔热和隔热的作用。
例如，夹层结构可以利用导热性能较好的材料作为内层，阻止热量向外传导；同时利用导热性能较差的材料作为外层，防止外界热量传入结构中，从而达到保温的目的。
5.吸音和隔音优势：夹层结构中的不同层材料可以起到吸音和隔音的作用。
例如，在建筑领域中，夹层结构可以利用吸音性能较好的材料作为内层，增加结构对声音的吸收；同时利用密度较大的材料作为外层，阻止声音的传播，提高结构的隔音效果。
然而，夹层结构也存在一些挑战和问题。
首先，夹层结构的设计和制造要求较高，需要考虑不同材料层之间的界面粘接强度、尺寸匹配等问题；其次，夹层结构在使用过程中可能存在层间剥离、破裂等问题，需要进行结构损伤评估和修复；最后，夹层结构的成本较高，需要考虑材料选择、制造工艺等问题，以提高经济性。
复合材料夹层结构分析
2
1、 重量轻、强度高、刚性好 2、 寿命长 耐久型蜂窝的铝箔经化学处理后具有很高的耐腐蚀性能，使用时间可达20年以上，长期使用温度可达150摄氏度。 3、 突出的综合功能 减振抗冲击性好（能量吸收能力为150-350KJ/M3）； 良好的隔音降噪功能（对100-3200Hz的声源降噪可达20-33dB）； 隔热保温（导热系数为）； 防火阻燃性好，可根据使用要求达到不同的防火等级。 4、 极高的外观平直度，不易变形 5、 材料的加工适应性好结构安装方便、快捷。
贰
铝蜂窝材料还有一个缺陷就是没有“力学记忆”。
铝蜂窝
EX蜂窝夹心材料是由芳纶纸浸酚醛树脂制成，在航天、航空结构、船舶制造中具有广泛的应用领域。
和铝蜂窝相比，发生局部屈曲的几率要小得多，因为蜂窝的壁相对的要厚一些。
另外，因为NOMEX材料不导电，不存在接触腐蚀的问题。但是和其它芳纶产品一样，不能抵抗紫外线的侵蚀，使用时外部通常覆有面板，起到一定的防护作用。
219.0
2.51
63.4
1.58
41.0
4.0-32
0.85
65.8
0.61
21.8
0.42
15.5
4.0-48
1.74
117.7
1.53
44.5
0.74
21.8
4.0-64
3.01
137.0
1.91
45.1
1.11
29.1
5.0-24
0.49
木材
端面巴萨木是最常用的木材芯材。巴萨木最先是在19世纪40年代，在飞艇的船体中使用铝面板和巴萨木芯材，抵抗在水面着陆时受到的重复的冲击荷载。随后，开始在海洋结构中使用端面巴萨木作为FRP结构的芯材。巴萨木除了具有高的压缩性能，还有很好的隔热性能和隔音性能。在加热以后，材料不会发生变形，在遇火时，用作隔热层和烧蚀层，芯层慢慢烧焦，使未遇火的面材保持结构性能。同时，巴萨木还能提供向上的浮力，其加工工具和设备简单。巴萨木芯材产品一般有织物背村，3—50mm厚，具有一定轮廓。刚性端面巴萨木板材的厚度可以达到100mm。针对真空袋、预浸料工艺或压力基础上的制造工艺艺过程，例如 RTMI艺，这种板材可以预先采用树脂涂覆。 巴萨木的一个缺点是最小密度偏大，通常最小密度值大约是100kg／m3。但在层会的过程中，巴萨木还要吸收大量的树脂。为了减少树脂的吸收增加重量，可以预先用泡沫密封。巴萨木的应用通常限制在那些重量不是要求很高或局部承载力要求很高的地方。
4-夹层结构成型工艺解析
为什么能保温、隔热呢???
我国设计制造的玻璃钢过街人行桥、公路桥、汽 车和火车保温冷藏车等，均采用了玻璃钢夹层结 构，满足了重量轻、强度高、刚度大、隔热、保 温等多性能要求。如四川抗震。
在要求透微波的雷达罩中，玻璃钢夹层结构已成 为其它材料不能与之相比的专用材料。
雷达罩
SU-30MK的雷达罩
第四章 夹层结构制造技术
4、1 概述
夹层结构一般是由三层材料制成的复合材料。
夹层复合材料的上下面层是高强度、高模量材料， 中间层是较厚的轻质材料. 玻璃钢夹层结构实际上是复合材料与其它轻质材 料的再复合。
由于玻璃钢夹层结构的强度高，重量轻，刚度大， 耐腐蚀，电绝缘及透微波等，目前已广泛用于航 空工业和宇航工业的飞机、导弹、飞船及样板、 屋面板，能大幅度的减轻建筑物的重量和改善使 用功能。
优点
用泡沫塑料芯材生产夹层结构的最大优点是防寒、 绝热，隔音性能好，质量轻，与蒙面粘接面大， 能均匀传递荷载，抗冲击性能好等。
（2）泡沫塑料制造技术 生产泡沫塑料的发泡方法较多，有机械发泡法、 惰性气体混溶减压发泡法、低沸点液体蒸发发泡 法、发泡剂分解放气发泡法和原料组分相互反应 放气发泡法等。
在这些蜂窝夹芯材料中，以六边形强度最高.
由于正六边形蜂窝制造简单，用料省，强度也较 高，故应用最广。
（2）原材料
夹层结构的蒙皮和夹芯材料种类很多，如果用铝、 钛合金做蒙皮和芯材，则称为金属夹层结构；
外面板为1mm的防锈铝板， 内面板（底板）为0.5mm的 防锈铝板，中间为铝蜂窝芯
用玻璃钢薄板，木质胶合板和无机复合材料板做 蒙皮，用玻璃钢蜂窝、纸蜂窝及泡沫塑料做夹芯 材料，则称为非金属材料夹层结构。
利用MSC Patran／Nastran分析复合材料夹层结构
泡沫夹 层 （ 图 １ 示 ） 一种 典 型的结 构 ，面板 如 所 是
中的与复合材料相关 的模块可以建立复合材料数据 库和复合材料零部件模型 ，高效准确地进行复合材 料有限元分析． 本文阐述利用 ＭＳ ａ ａ 建立复合 ＣＰ ｔｎ ｒ
材料夹层结构有限元模型的方法 ，并简单阐述后处
Ｓ ｐ ２ ０ ｅ． ０ ６
利用 ＭＳ ａ ａ／ ａｔ ｎ分析 ＣＰ ｔ ｎＮ ｓ ａ ｒ ｒ
复合材料夹层结构
何
摘
伟
（ 国航 天科 工集 团 北京机 械设 备研 究所 ，北 京 １ ０ ５ ） 中 ０ ８ ４
要： 描述复合材料夹层结构的特点 ， 阐述利用 ＭＳ ａ ａ 建 立复合材料 泡沫夹层结构有 ＣＰ ｔ ｎ ｒ
理方 法 ．
采用强度和刚度较高 的层合 板． 层合板 南碳纤维／
环氧树脂或者玻璃纤维／ 环氧树脂 以不同 的铺设角 铺设而成． 夹层结构的特点是抗弯刚度较高 ， 以 可 在较小质量下达￣Ｍ性结构件的要求 ． ＩＩ ｊｊ
瓤 瓤
淑 沛
１ 建 立复合材料 夹层 结构有 限元模 型
Ｏ 引 言
在产品研制中，为 了提高零部件刚度、强度 、
虽然复合材料有诸多优点 ，但与金属完全不同 的力学性能又给设计带来困难 ，传统的方法是使用 复合材料力学理论进行分析计算 ，这种方法较为复
杂且效率低下 ，可重复使用性差． 应用 ＭＳ ａ ａ ＣＰｔ ｎ ｒ
减轻重量 ，大多采用复合材料． 复合材料具有强度
的 方 法
１１ 定义层 合板 材 料模型 ．
ｌ ｍ 凝
图 １ 复合材料夹层 结构 示意图
如果复合材料夹层结构 （ 如图 １ 所示 ） 厚度与 长度 、宽度相 比足够小 （ ／ １ ０），可将该结构简化 １
复合材料夹芯结构研究现状及其在船舶工程的应用
复合材料夹芯结构研究现状及其在船舶工程的应用随着人类社会的不断发展，需要快速、安全运输的需求日益增加，在船舶工程的设计中也日趋关注能够满足此需求的新型结构。
而复合材料夹芯结构正是在满足船舶工程中安全、轻质、高强度的要求的同时，具有良好的质量与成本比的全新材料成型技术。
一、复合材料夹芯结构研究现状复合材料夹芯结构由于其良好的力学性能，节省设计和制造成本，成为了船舶工程中新兴的发展方向。
从目前的研究状况来看，学者们下致力于对复合材料夹芯结构的结构本构特性、夹层传力特性及夹芯制造工艺等方面开展了大量的理论、实验研究。
其中，研究者们在结构本构特性中，将复合材料夹芯结构分解为表面层、核层和芯层，通过将夹芯材料的拉伸、剪切和压缩性能以试验方式进行研究，从而进一步探究其本构特性，形成一个完整的本构关系。
此外，研究者们还通过大量的实验，研究了夹芯结构在不同夹芯压力和负荷下的变形规律，为夹芯结构的设计提供有效的参考。
同时，研究者们也关注到了复合材料夹芯结构的夹层传力特性，进行了大量的数值分析和试验研究，发现夹层的负荷传递既受夹芯结构组合的影响，也会受外力的影响。
研究者们还从夹层传力特性的角度，研究了夹芯结构的抗震能力及耐久性。
再者，学者们也探究了复合材料夹芯结构的制造工艺，诸如热固联接技术、机械联接技术等，并进一步探讨了夹芯结构制造工艺中的参数对夹芯性能的影响。
二、复合材料夹芯结构在船舶工程中的应用随着复合材料夹芯结构技术的日趋成熟，其已经被广泛应用于船舶工程中，极大地改变了船舶工程的设计和制造。
传统的船舶结构以满足结构的强度为主，但当船舶越来越大时，其重量会极大地增加，因此复合材料夹芯结构便显示出其优势，此材料可以提供大面积、高强度、轻量的结构，节省原材料、装载空间，缩短制造周期，提高了船舶的安全与性能。
复合材料夹芯结构在船舶工程的应用大体可分为两类。
第一类是用于船舶舱室壁及底板、艏尾护墙等结构件，这些结构件具有高强度、轻重量的特点，可以大大提高船舶的质量与性能，使船舶的操纵性能更好。
复合材料夹层结构
复合材料夹层结构复合材料夹层结构的主要组成部分是纤维增强复合材料和基体材料。
纤维增强复合材料是指将纤维与基体材料相结合，形成具有特定性能和性质的材料。
常见的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维等，而基体材料则常常是树脂基材料。
夹层结构的设计要根据具体的应用需求来确定，一般包括夹层材料的选择、厚度的确定和夹层界面的处理。
在选择材料时，要综合考虑夹层的强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性等性能。
对于不同的应用领域，要针对其特定环境和工况来选择夹层材料，以确保结构的可靠性和稳定性。
夹层结构的优势主要有以下几个方面。
首先，夹层结构能够结合不同材料的优点，提供更好的力学性能。
例如，纤维增强复合材料具有高强度、高刚度和低密度的特点，而基体材料则能提供耐磨损、耐腐蚀等特性。
其次，夹层结构可以提高整体结构的韧性和抗疲劳性能，减少开裂和断裂的风险。
此外，通过选择不同的夹层材料和界面处理方法，夹层结构还可以具有防火、隔热、隔音等功能，满足不同应用领域的要求。
然而，夹层结构在实际应用中也存在一些挑战和问题。
首先，夹层结构的复杂性增加了制造难度和成本。
其次，夹层结构的失效机制和破坏行为也较难预测和分析，对设计和维护提出了较高的要求。
此外，夹层结构的性能与结构参数之间存在一定的相互影响，需要通过研究和实验验证来进行优化和改进。
综上所述，复合材料夹层结构作为一种具有重要应用前景的结构形式，在不同领域和行业中发挥着重要的作用。
随着不断的研究和发展，夹层结构的性能和可靠性将会得到进一步提升，为实现更高效、更可靠的结构设计和应用提供了新的可能性。
复合材料蜂窝夹层结构
复合材料蜂窝夹层结构
哎呀，说起“复合材料蜂窝夹层结构”，这可真是个新奇又有点复杂的东西呢！
你能想象吗？就好像我们吃的夹心饼干，外面是脆脆的两层，中间是甜甜的夹心，复合材料蜂窝夹层结构也有点像这样。
它的外面是坚固的两层材料，而中间呢，是像蜂窝一样一格一格的结构。
有一次，在科学课上，老师给我们展示了这种结构的模型。
我和同桌小明都瞪大了眼睛，好奇得不行。
我问老师：“老师，这东西到底有啥用呀？”老师笑着说：“这用处可大啦！比如说飞机的翅膀，很多就是用这种结构做的。
”我一听，惊讶得差点叫出声来：“啥？飞机翅膀？那得多结实啊！”
小明也忍不住插话：“那它咋就能让飞机翅膀那么厉害呢？”老师耐心地解释：“你们看啊，这中间的蜂窝结构，轻得很，但又特别能承重。
就像小小的蚂蚁能举起比自己重好多倍的东西一样，这蜂窝夹层结构也有着大大的力量。
”
后来，老师还告诉我们，这种结构不仅用在飞机上，在一些汽车零件、甚至是建筑里也能看到它的身影。
我就在想，这小小的蜂窝，怎么就有这么大的能耐呢？
比如说，在汽车里，它能让车更轻，跑得更快还更省油。
这难道不神奇吗？这就好比一个大力士，看起来瘦瘦小小的，可一出手，力气大得吓人！
再想想建筑，如果用了这种结构，房子是不是能更坚固，还能节省材料呢？
我觉得啊，这复合材料蜂窝夹层结构就像是一个隐藏的超级英雄，平时不显眼，关键时刻却能发挥巨大的作用。
总之，复合材料蜂窝夹层结构真的是太厉害了，未来肯定还会在更多的地方大展身手，给我们带来更多的惊喜！。
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在有阻燃要求的一些场合，也有使用酚醛泡沫填充蜂窝 孔隙，提高材料和面材之间的粘结性能和结构隔热性能。例 如，在公共交通工具内使用时。
在航空领域，一些常见的使用NOMEX蜂窝的结构有：
舶制造、列车机车等领域，大量使用了夹层结构，
减轻重量，
•
在夹层结构中，使用低密度夹心材料增加层合
板的厚度，从而达到提高材料刚度的目的。
•
这样在重量增加很少的前提下，大幅度的提高
结构的刚度。
一 夹层结构的原理
•
在弯曲荷载下，
•
面层材料主要承担拉应力和压应力，
•
芯材主要承担剪切应力，
•
同时，对于很薄的薄壁夹层结构，还需要注
机翼的前缘和尾翼，起落架舱门、其它各种舱门和 整流罩。
纸蜂窝
•
普通纸蜂窝由于强度很低，吸水，不在复合
材料夹层结构中使用。
蜂窝夹层结构的局限性
• 尽管蜂窝夹层结构在结构性能上有突出的优点，但 是航空公司还是在寻找其它更好的材料来代替，
• 原因是蜂窝夹心材料在各种用途的使用过程中需要 昂贵的维护费用。
第 五章 夹层结构设计 Design of sandwich structure
• 1 夹层结构的原理 • 2 夹层结构的特点 • 3 夹层结构的制造技术 • 4 蜂窝的工程弹性常数计算 • 5 夹层结构的失效模式
夹层结构
夹层结构通常是由比较薄的面板与比较厚的芯子胶接而 成。具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲 劳、吸音和隔热等优点。
2 夹层材料
面板
选择面板时，主要考虑的是材料的刚度和强度，
• 可选择铝、不锈钢、玻璃钢、天然石材、防火 板装饰板、喷塑金属板,复合材料等，以满足不同 的使用要求。
表1 几种常用板材重量刚性比较
板材种类
厚度(mm)
铝蜂窝夹层板 20
铝板
12.5
钢板
8.75
弯曲刚度 N(m^2/m)
重量(kg)
1.15 x 10^6 6.3 1.15 x 10^6 33.8 1.15 x 10^6 68.7
蒙皮，用玻璃钢蜂窝、纸蜂窝及泡沫塑料做夹芯 材料，则称为非金属材料夹层结构。
• 目前，以玻璃钢薄板做蒙皮、玻璃钢蜂窝和泡沫 塑料做芯材的夹层结构应用最广。
夹层结构的特点
• 1)具有大的弯曲刚度/重量比,弯曲强度/重量比 • 2)具有良好的吸声,隔声,隔热性能 • 3)具有大的屈曲临界载荷 • 4)对湿热环境敏感,设计时要防潮密封 • 5)面板对低能冲击敏感 • 6)修补困难
• 但是对于芯材的选择，首先考虑的是重量。
• 为了是面板在相互之间保持一定距离的同时，面 板能保持稳定，夹心材料有时还必须承受一定的 应力。
• 芯材主要承受的剪应力，有时还存在压应力。
芯子材料选择应遵循的原则有
芯子材料密度低，有足够的强度和刚度； 胶接性能好； 与面板的电性能相匹配，避免电偶腐蚀； 工艺性能良好，价格低。 对于某些特殊构件，要考虑芯子的电性能、导 热性能以及阻燃、防毒和防烟雾性能等。 电性能、导热性以及阻燃、防毒和防烟雾性能 等。
意
荷载的施加方式对夹层结构的影响
•和
•
夹层结构对冲击荷载的承受能力。
夹层结构得以发展的主要原因
• 采用夹层结构方式是为了提高材料的有效利用率 和减轻结构重量，
• 以梁板构件为例，在使用过程中， • 一要满足强度要求， • 二要满足刚度的需要，
夹层结构得以发展的主要原因
• 玻璃钢材料的特点是强度高，模量低。 • 因此，用单一的玻璃钢材料制造梁板，满足强度要求时，
FRP面材具备一定的弹性，在冲击荷载过后，恢复到原 来的位置。 • 这将导致在局部区域，面材和芯材脱离，夹层结构的力 学性能降低。
NOMEX蜂窝
• NOMEX蜂窝夹心材料是由芳纶纸浸酚醛树脂制成，在 航天、航空结构、船舶制造中具有广泛的应用领域。
• 和铝蜂窝相比，发生局部屈曲的几率要小得多，因为蜂窝的 壁相对的要厚一些。
比刚度
10.8 5.3 1.0
表2 铝蜂窝板抗风压力能力
幕墙(1m x 2m) 风压300kgf/m^2 风压500kgf/m^2
15mm厚夹层板 变形量5.2mm 20mm厚夹层板 变形量3.7mm
变形量10.5mm 变形量7.1mm
面 板 的 铺 层 方 式
夹心材料
• 选择面板时，主要考虑的是材料的刚度和强度，
A sandwich panel (12 mm thickness) with an aluminium foam core and two steel faceplates
Sweden
(a) The Beech Starship
(b) Voyager
一 夹层结构的原理
•
在航空、风力发电机叶片、体育运动器材、船
挠度往往很大， • 如果按允许挠度进行设计，则强度大大超过，造成浪费。 • 只有采用夹层结构形式进行设计，才能合理的解决这一
矛盾。 • 这也是夹层结构得以发展的主要原因.
夹层结构分类
• 夹层结构的蒙皮和夹芯材料种类很多， • 如果用铝、钛合金做蒙皮和芯材，则称为金属夹
层结构； • 用玻璃钢薄板，木质胶合板和无机复合材料板做
用现场进行张拉。
•
铝蜂窝夹心材料在一定的重量条件下，可以做得 很薄。然而，这种薄壁可能会导致蜂窝的表面，尤其是 在蜂窝孔隙较大的情况下，发生局部的稳定破坏。
•
除此以外，铝蜂窝和碳纤维同时使用，由于这两种
材料都不是绝缘材料，会发生接触腐蚀。对蜂窝材料作
接触腐蚀的内部检查成本很高。
铝蜂窝
• 通过敲击可以初步检查蜂窝材料的质量和损坏情况。 • 铝蜂窝材料还有一个缺陷就是没有“力学记忆”。 • 夹心层板受到冲击以后，蜂窝的变形是不可恢复，然而，
• 因为在一些特殊情况下，蜂窝会进水。
• 例如，面板出现裂缝以后。在低温下，蜂窝孔隙中 的水冻结，发生膨胀，会破坏相邻的蜂窝孔隙。
目前，主要的夹心材料有
• 蜂窝材料，泡沫材料和木材
蜂窝材料
•
蜂窝材料主要有
• • 铝蜂窝、
•
(芳香聚酰氨)NOMEX蜂窝
•
和普通纸蜂窝。
铝蜂窝
•
是一种强度／重量比最高的结构材料，同时价格也
比较便宜。根据不同的设计和制作工艺，孔隙有不同的
几何形状。通常是六角形。
•
•
铝蜂窝材料一般是未张拉的蜂窝块的形式，在使