复合材料泡沫夹层结构的材料和应用
风电叶片玻璃钢／复合材料夹层结构的泡沫芯材
近 ，且具 有较 好 的耐热 性 。ＴＰＩ叶片公 司一 直 在使 用
此 泡沫作 为 叶 片 的 芯 材 ， 由于 其 具 有 更 好 的热 稳 定
性 ， 目前 国 内已经 有 部 分 叶 片公 司 开始 用 ＳＡＮ泡 沫
替代 ＰＶＣ泡沫作 为 叶片芯 材 。
英 国 于 １９４３年 首 先 制成 聚苯 乙烯 泡 沫 属 于 热塑 性 泡沫 ，１９４４年 美 国 陶 氏化 学 有 限 公 司用 挤 出法 大
沫 ，此公 司后 被 固瑞特公 司收购 ，此 泡沫属 于热 固性
泡沫。ＳＡＮ泡沫是先制 作精胚 ，然后 将胚体放人发
泡炉中通过对温度 、时间等工艺参数的控制来获取不
同密度 的泡 沫 。其 中 Ｃｏｒｅｃｅｌｌ Ｔ４０ｏ型 号 的泡 沫 密度 和
本 体力学 性 能与密 度 为 ６０ ｋｇ／ｍ 的 ＰＶＣ泡 沫 十 分接
种型号的叶片均采用 ＰＶＣ泡 沫作为 叶片芯材 ，在国
内 的很 多 叶片公 司采用 Ａｅｒｏｄｙｎ技术 的均 使用 ＰＶＣ作
为叶片芯材。同时 ＰＶＣ泡沫 以其优 良的力 学性能也
被广泛 用在 其他 设 计公 司设计 的叶片 中充 当夹心
材 料 。
．
１９９３年 ，加 拿 大 的 ＡＴＣ公 司 开 始 生 产 ＳＡＮ泡
关键 词 ：泡沫 ；芯 材 ；风电叶片 ；夹层结构 中图分类 号 ：ＴＱ３３６．１ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１００５—５７７０ （２０１１） １１—０１０４—０３
Ｆｏａｍ Ｃｏｒｅ Ｍ ａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ＦＲＰ／Ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｗ ｉｎｄ Ｂｌａｄｅ
ＬＩＵ Ｋｕｉ （Ｔｉｍｅｓ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ ４１２００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｅｖｅｒａｌ ｆｏａｍ ｃｏｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｉｎｃｌｕ— ｄｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｆ ｏａｍ ． ｍｅｃｈａｎｉｃａ ｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆ ｏａｍ ｂｕｌｋ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｔｈｅ ｃｏｎ－ ｃｌｕｓｉｏｎ ｗａｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｗａｓ ａ ｔｒｅｎｄ ｆｏｒ ｆｏａｍ ｃｏｒｅ ｍａｔｅｒ ｉａｌ ｕｓｅｄ ｉｎ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅｓ ｔｏ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｐｅｒ ｆｏｒ ｍ ａｎｃｅ ａｎｄ ｂｅｃａｍｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ ｆｒ ｉｅｎｄｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｆｏａｍ ； Ｃｏｒｅ Ｍａｔｅｒ ｉａｌ； Ｗ ｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｂｌａｄｅｓ； Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
PET泡沫的性能及应用前景
PET泡沫的性能及应用前景已有107 次阅读2010-11-24 14:59|个人分类:塑料工艺在夹层结构中，夹芯材料的强度和刚度比表层材料低很多，但其在夹层结构中起到的却是“四两拨千斤”的神奇效果，可以大大提高结构的刚度和抗载荷能力。
加铝（Alcan）复合材料集团芯材事业部的姚辉介绍了该公司推出的新型PET泡沫AIREX?T92，其力学性能大大增强，特别是剪切延伸率得到了空前提高。
该泡沫可以作为夹芯材料应用于风电叶片、轨道交通、船舶和工业应用等各个领域。
表1: T92与T91的力学性能数据对比（以T91的性能为100%）表2: T92.100与C70/C71的力学性能数据对比（以T92.100的性能为100%）加铝复合材料集团芯材事业部的PET泡沫AIREX®T90和T91自2005年推出以来取得了巨大成功，已被广泛应用于风电叶片、轨道交通、船舶和工业应用等领域。
通过生产AIREX®T90和T91，AIREX®积累了丰富的经验和精湛的技艺，这也使其成功研发并推出新的PET泡沫AIREX®T92。
本文对该新型PET泡沫AIREX®T92的静、动态力学性能，高低温下的力学性能和前景进行了介绍。
表3: T92.130与C70/C71的力学性能数据对比（以T92.130的性能为100%）*其中C70.55密度为60 kg/m3，C70.75密度为80 kg/m3，C71.55密度为60 kg/m3，C71.75密度为80 kg/m3。
静态力学性能AIREX®T92系列含有三个密度的产品，分别为：T92.100，T92.110，T92.130，密度规格依次为105 kg/m3，115 kg/m3和135 kg/m3。
本文将T92的力学性能与T91对应产品的力学性能进行了比较，列于表1；还将T92的力学性能与常用的PVC泡沫AIREX®C70和C71相关产品进行了比较，结果列于表2和表3。
复合材料蜂窝夹层结构在飞机中的应用
复合材料蜂窝夹层结构在飞机中的应用摘要：飞机结构设计的基本原则是在满足强度要求的情况下使结构尽可能轻，这一要求必然导致需利用稳定的薄蒙皮承受拉伸载荷和压缩载荷，以及剪切、扭转、弯曲载荷的耦合作用。
传统的飞机结构设计中使用了纵向加强件和增稳桁条、翼肋和隔框等结构加强蒙皮，这样不可避免会带来结构增重问题。
提高结构比刚度的有效结构形式之一是夹层结构，复合材料夹层结构具有重量轻、强度刚度好，耐热、吸声隔音、抗冲击、耐疲劳等特点，已被广泛应用于航空航天中。
关键词：复合材料；蜂窝夹层；飞机；结构设计蜂窝夹层结构复合材料是50年代末发展起来的一种轻质、高强、各向异性的复合材料。
蜂窝夹层结构的密度小,可以明显的减轻结构重量;它的导热系数低,可以作为绝热和保温构件使用;它的比强度和比刚度高,可根据特殊的要求进行各向异性设计与制造。
因此长期以来备受航空、航天等领域的关注,尤其在航空工业中,蜂窝夹层结构复合材料己成功的大量应用于飞机的主、次承力结构件,如机翼、机身、尾翼和雷达罩等部位。
由于飞机飞行的环境条件比较苛刻,要求飞机用材料不仅有足够的强度、抗冲击性和刚度,而且还需良好的耐疲劳性、阻燃性、减重及抗腐蚀等许多特殊要求。
为了使飞机能正常进行飞行,在对所选用的材料性能进行全面的分析后,还需探索清楚构件性能与成型工艺之间的规律,这是材料应用的重要环节。
一、蜂窝夹芯结构的特点1、发挥复合效应的优越性。
夹层结构复合材料是由各组分材料经过复合工艺形成的,但它并不是由几种材料简单的复合,而是按复合效应形成新的性能,这种复合效应是夹层结构复合材料仅有的。
例如当夹芯板承受弯曲载荷时,上蒙皮被拉伸,下蒙皮被压缩,芯子传递剪切力。
从力学角度分析,它与工字梁很相似,面板相当于工字梁的翼缘,芯材相当于工字梁的腹板。
不同的是芯材与面板不是同一材料,芯材是分散的,而不是集中在狭腹板上。
由于轻质夹芯的高度比面板高出几倍,剖面的惯性距随之四次方增大,且面板有夹芯支持不易失稳。
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。
轻型复合材料泡沫夹层机翼结构设计与分析
所示。
最 后 发 现 工 字 梁 结 构 机 翼 承 载 能 力 和 结 构 效 率
较高。
本 文 在前 人 研究 的基 础上 ， 提 出了三 闭 室及 三
机 翼 的试 验 测 试 方 法 为 ： 在翼稍小翼上 施加 １
闭室加翼肋等结构构型 ， 选取了 １ 种适合于该型机
翼模 型的数 值模 拟方 法 ， 建 立 了机翼 结 构 数 值 分析
．
个扭矩 ， 同时 １ 个 中心载荷将作用在全部机翼结构 上（ 三 点弯 曲模式 ） 。机翼没 有质 量 限制 。
模 型 。对结 构形式 进 行 改 进设 计 ， 并 针 对 ４种结 构
有限元分析 。最后提 出了 １ 种在 三点 弯曲试验 条件 下 ， 满足 设计要 求 ， 并且承 载 能力强 、 结构效 率 高
的全复合材料轻 型机 翼结构设计 方案。
关
键
词： 复合 材料 ； 机翼 ； 结构 设计 ； 有 限元 ； 载荷／ 质量比； 强度
文献标 志码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ０ — ２ ７ ５ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ８ ８ ４ － ０ ７
单层厚 度／ ｍ ｍ
挥发分 含量／ ％ 树脂含量／ ％
０ ． １ ２ ２ 横向拉伸模量／ Ｇ Ｐ ａ ７ ． １
中 图分类号 ： Ｖ ２ １ ５ ． ２ ＋ １
先进 复合材 料具 有优 异 的比强度 、 比刚 度 、 抗疲
劳性 能和 刚度可 设 计性 等 优 点 ， 已经广 泛 应 用 于航
类型 进行 了对 比分析研 究 。最后 提 出了 １种在 三点
复合材料夹层结构
49
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：
51
浸胶这一工序对蜂窝夹芯的质量有着直接的影响。 玻璃布只有在浸胶固化后，才能承力。因此，胶的含 量和蜂窝格壁上胶量的均匀程度直接影响蜂窝夹芯的 强度。含胶量在工艺上主要通过胶液粘度或浓度或密 度来控制，尤其是用密度控制更为方便。
密度大——含胶量大，强度可提高，但较重； 密度小——含胶量小，强度低、刚度低。
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
主要几 何参数
承力柱高度 承力柱细度 承力柱分布密度
7
Z向缝合夹层结构
缝合工艺
上面板内层 上面板外层 承力柱纤维
45
46
印胶法的特点： 印胶法是常用的涂胶方法，其设备简单，机械
化程度较高，质量容易控制，生产效率高，适合大 量生产。针对不同粘度有胶液，可以通过调整带胶 辊、递胶辊和涂胶辊之前的距离，就可以印出满意 的胶条。但这各设备的胶槽不易密闭，在涂胶过程 中胶液的粘度易发生变化，产生缺陷。可以通过连 续往胶槽中加料解决。
53
夹层结构复合材料的应用
夹层结构复合材料的应用
夹层结构复合材料广泛应用于各个领域，包括航空航天、汽车、船舶、建筑、体育用品等。
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、尾翼等部件上，以提高飞机的强度、刚度和降低重量。
复合材料具有高强度和优秀的抗腐蚀性能，能够满足航空航天领域对材料的高要求。
在汽车领域，夹层结构复合材料被用于汽车车身和结构件中，以提高汽车的强度和安全性能，减少燃料消耗和碳排放。
复合材料具有高比强度和高比刚度，可以减轻汽车的自重，提高燃油利用率。
在船舶领域，夹层结构复合材料被应用于船体、桅杆、舵柄等部件中，以提高船舶的强度和耐久性。
复合材料具有良好的抗海水腐蚀性能和防霉性能，能够延长船舶的使用寿命。
在建筑领域，夹层结构复合材料被用于建筑的外墙、屋顶和构件中，以提高建筑的防火性能、抗地震性能和节能性能。
复合材料具有低导热性能和优异的耐磨性能，能够减少建筑的能耗。
在体育用品领域，夹层结构复合材料被应用于运动器材如高尔夫球杆、网球拍、滑雪板等中，以提高器材的强度、刚度和耐用性。
复合材料具有优秀的振动吸收性能和抗冲击性能，能够提供更好的运动体验。
总体而言，夹层结构复合材料在各个领域中都有广泛应用，通过其独特的性能和优势，为各行业带来了许多创新和发展机会。
复合材料夹层结构在航空领域的运用
复合材料夹层结构在航空领域的运用◎孙锐（作者单位：航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司工程技术部）设计人员在实际开展飞机结构设计工作时，始终面对强结构以及高效率这一要求。
各类结构在设计过程中都需要满足不失稳这一需求，尤其是在受到拉力、压力以及剪切荷载作用力的情况下结构不会发生改变。
在航空领域当中应用复合材料夹层结构是其发展的主要趋势与方向，也是在社会经济不断发展过程中提出的客观要求。
现阶段夹层结构在飞机结构设计中使用的范围不断拓宽，这充分说明复合材料夹层结构在航空领域起到的作用与价值。
一、常用芯材的客观分析1.蜂窝芯材的特性。
蜂窝材料具有各向异性的特点。
蜂窝因为存在开孔结构，不适用湿法工艺或树脂注射工艺（如RTM 树脂传递模塑）。
铝蜂窝或芳纶纸蜂窝具有压缩模量高和重量轻的优点，它们是飞机结构上广泛使用的夹芯材料。
但在某些情况下如面板出现裂纹和孔隙时，水或水汽就很容易进入蜂窝。
温度下降后，进入蜂窝孔中的水被冰冻后体积会发生膨胀，将破坏邻近蜂窝孔格的粘接，降低了夹层结构的性能，这时必须对蜂窝材料进行维修。
强度以及比刚度较高，是铝蜂窝这一结构材料的明显特征。
剪切载荷较大的部位是铝蜂窝层结构应用的主要位置，一般会利用金属板材作为面板使用。
在一定重量条件下，铝蜂窝夹芯材料可以最大限度降低自身厚度。
同时这也是其缺陷，在壁厚太薄的影响下，蜂窝表面可能会有严重的局部失稳出现。
在同一阶段内使用铝蜂窝以及碳纤维面板时，无法顺利结合两种材料。
在膨胀系数方面，上述两种材料具备相当大的差异，所以会导致明显的固化变形问题出现。
两种材料之间极易发生电化学腐蚀问题。
没有恰当处理电绝缘是导致其出现的主要原因。
2.泡沫芯材的特征。
在隔热以及隔音能力方面，硬质聚氨酯泡沫远远高于其他泡沫，工艺简单、价格便宜是硬质聚氨酯泡沫的明显优势与特征，但是其存在力学性能较差这一缺陷，在机械加工中极其容易出现易碎或者掉渣的问题。
已成型的复合材料层压板蒙皮腔体内是注射硬质聚氨酯泡沫的最终位置。
泡沫夹层复合材料耐水性能研究进展
子 扩散 的动 力 ， 模 型 被认 为 是 复合 材 料 吸 湿 最 经 典 的 模 该 型— —单 一 自由相模 型 。假 设扩 散 系 数 Ｄ 对 于浓 度 Ｃ相 对 独 立 ， 沿着一 个方 向进行 ， 么 扩散 方程 可 以 由式 （） 扩散 那 １表
述 ：
塞Ｄ － 筹
得 到如下 解 ：
泡沫 夹层 复合 材料 耐水性 能研 究进展 ／ 刘永 涛等
・４ ９ ・ ３
泡 沫夹 层 复 合 材料 耐 水性 能 研 究进 展
刘永涛 ， 杨 杰 ， 黄业青 ， 刘新 东， 谢瑞 广 ， 王兆华
（ 西安航天复合材料研究所 ， 西安 ７ ０ ２ ） １０ ５ 摘要 泡沫 夹层复合材料作 为一种新 型轻质 高强材料 ， 目前越 来越 受到航 天、 海及能源等领域 的重视 ， 航 但其
（ ’ ｎ Ａｅｏ ｐ ｃ ｍ ｐ ｓｔｓＲｅｅ ｒ ｈ Ｉｓｉｕｅ Ｘｉａ ｒｓ ａ ｅＣｏ ｏ ｉｅ ｓａ ｃ ｎ ｔｔｔ ，Ｘｉａ １ ０ ５ ’ｎ ７ ０ ２ ）
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ Ａｓａ ｎ ｗ ｏ ｄ ｃ ｒ ｙ ｎ ｆｉｉｎ ｔ ｒａ ，ｆ ａ ｃ ｒ ａ ｄ ｃ ｏ ｏ ｉｅ ｈ ｓ ｇ ｉ ｅ ｒ ｎ ｒ ｅ ｌ ａ ａ ｒ ｉｇ ｅ ｆ ｅ ｔｍａ ｅ ｉｌ ｏ ｍ ｏ ｅ ｓ ｎ ｗｉｈ ｃ ｍｐ ｓｔ ａ ａｎ ｄ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｍｏ ｅ ｃ
㈩
式 中 ： 为 水 的浓 度 ，为 时 间 ， 通过 对 应厚 度 的扩 散 Ｃ ｔ Ｄ为
速率 。对于一维扩散 ， 传输速率与浓度梯度成正比， （） 式 １ 可 ） Ｄ ２ ｎ Ｚ ， ＋ ／
（ ｎ＋ １ ２ ）
ｒ、 ９
…
件， 舰上的部件如船体、 甲板和上层建筑均采用复合材料夹
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。
PMI
线性PVC，即非交联PVC泡沫（例如AirexR63．80），兼具良好韧性和柔性，可以按照曲面形状热成形。但是，线性PVC的力学性能、化学稳定性（耐苯）和热变形性能和交联的PVC泡沫相比，在相同的密度条件下，相对要低一些。
聚氯乙烯PVC泡沫是一种闭孔泡沫。严格的讲，它实际上是PVC和聚氨酯混合物，但常常都简单的说成PVC泡沫。PVC泡沫具有综合的静力和动力性能，不易受潮。使用温度在-240℃－＋80℃，并且能够耐多
种化学物质腐蚀。尽管PVC泡沫是可燃材料，但是阻燃类型的PVC泡沫可以在具有防火严格要求的结构中，例如列车。PVC泡沫耐苯，所以能够和聚酯树脂共同使用。PVC泡沫主要用在一些不需要压力罐的工艺中。在选择固化工艺方法时，需要注意PVC泡沫在温度升高时会释放孔隙气体。
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：机翼的前缘和尾翼，起落架舱门、其它各种舱门和整流罩。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。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。
聚氨酯PU泡沫的力学性能表现一般，树脂芯材的界面发生老化，导致面板剥离。作为结构材料使用时，常常是用作构件的加强筋或加劲肋。但是聚氨酯泡沫也能用作荷载较小情况下的夹层层板中，起到隔热作用。该类泡沫的使用温度是150℃左右，同时吸声性能好。泡沫的机械加工成形简单。
PMI泡沫夹芯结构在A380后压力框上的应用
空客 A380 后压力框的 制造工艺过程
空客 A380 超大型商用客机的
毫米就能浸润预成型体。 对 于 长 6.2m , 宽 5.5m 和 高
1.6m 的后压力框结构，传统的手工 铺层铺放非常困难，而且耗费工时。
随着树脂膜浸润工艺在航天航空领 域内逐步推广，而且后压力框的外形 比较对称，剖面比较薄，采用 R F I 工 艺比较容易实现。借用空客发言人 的话，RFI 工艺“已经足够成熟”，达 到了 A380 的工艺要求。
48 航空制造技术·2009 年第 15 期
复合材料结构件制造技术 Structural Composite Manufacturing Technology
须使用低粘度的树脂，因为树脂流 别 为 30 ℃、75%，50h 的 室 外 环 境 以
动 路 径 较 长 并 较 弯 曲。 空 客 采 用 后，还能承受 180℃和 0.3M P a 的夹
然后铺放 C Y C O M 977-2 树 脂 膜 , 其 单 位 面 积 重 量 为 1000 g / m2，带 单 面 背 衬 纸，宽 1m。 将 树 脂 膜 铺 放 在 模 具 和 加 强 层 上。 C Y C O M977-2 树脂膜在常温下呈 固体状态，易切割、定位和搭接。铺 贴 时，确 保 模 具 的 所 有 位 置 有 足 够 的树脂，以充分浸润预成型体。R F I 工艺的一个优点就是可以使用高粘 度增韧树脂，例如 977 － 2，因为树 脂不必流过很长的距离来浸润预成 型体；相对而言，R T M 工艺通常必
轻 至 少 40k g 的 重 量，
但是同时希望找到一个
成本更加低廉的制造方
已成型的泡沫加强筋 法。最终空客公司选择
到一定的结构作用 [2]。因为泡沫的 压缩强度很高，它可以提高结构的稳 定性，减少夹层结构中预浸料铺层， 达到减重的目的。
PMI泡沫塑料在国内外的研究与应用简介
聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料于1962由德国罗姆公司（德固赛的前身）开发出来，1971年代实现工业化，1972年开始应用于航空领域。
如今，PMI泡沫的应用领域已很广泛，近年来国内外的其他机构也开始了对该高性能泡沫的开发研究。
同密度的情况下，PMI泡沫具有比其他聚合物泡沫材料更高的抗压缩强度和刚度、更优异的耐高温和耐湿热性能、以及更好的抗高温蠕变性能和尺寸稳定性，其突出的耐热性能和高温下优异的抗蠕变性能使其能承受碳纤维/环氧、碳纤维/双马等树脂复合材料的高温固化工艺条件，可实现泡沫夹芯与预浸料的一次共固化，广泛应用于复合材料泡沫夹层结构件的制造。
此外，由于聚甲基丙烯酰亚胺泡沫采用固体发泡工艺制造，故泡沫材料的闭孔率高，孔径分布均匀，一致，吸湿率低。
上述性能特点使其在航天、航空、舰船、高速列车、风力发电等许多技术领域具有广泛的应用前景。
1 国外应用状况纵观国内外市场，目前德固赛的ROHACELL还处于垄断地位。
ROHACELL的型号及应用领域具体如下：ROHACELL 型号应用IG 主要用于运动器材，医疗床板，风机叶片和音响喇叭，是最常用的ROHACELL类型IG-F 力学性能基本和ROHACELLIG相同，孔隙更小。
A 用于航空航天领域，共固化工艺温度压力可达130C/0.35 Mpa，可以与中温固化环氧树脂预浸料共固化WF 用于航天航空领域，共固化工艺温度压力可达180C/0.7 MPa，可以与高温固化环氧树脂预浸料共固化XT 耐高温型产品，共固化工艺温度压力可达190C/0.7 MPa，可以与BMI树脂预浸料共固化RIST 适用于树脂注射工艺，作为结构材料RIMA 适用于树脂注射工艺，作为工艺辅助材料S 防火型，适用于铁路机车，船舶和小型飞机HF 主要用于天线，雷达罩，医疗EC 在制作共聚板的过程中因为加入了碳粉，所以制作出的泡沫能够吸收雷达波，适用于有隐身要求的夹层结构。
RHACELL应用举例：? PMI泡沫夹芯结构在A340和A380后压力框上取得应用。
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。
PMI泡沫夹芯结构在A380后压力框上的应用(1)
对于长６．２ｍ，宽５．５ｍ和高 １．６ｍ的后压力框结构，传统的手工 铺层铺放非常困难，而且耗费工时。
随着树脂膜浸润工艺在航天航空领 域内逐步推广，而且后压力框的外形 比较对称，剖面比较薄，采用ＲＦＩ工 艺比较容易实现。借用空客发言人 的话，ＲＦＩ工艺“已经足够成熟”，达 到了Ａ３８０的工艺要求。
穹形的Ａ３８０的后压力框，采用 的增强材料是０。／９０。无皱双轴向碳 纤维织物，由ＳＡＥＲＴＥＸ提供。纤 维是Ｔｏｈｏ Ｔｅｎａｘ公司的高强度 标准模量６Ｋ和１２Ｋ的碳纤维，使 用ＬＩＢＡ的机器进行缝合，宽度是 １．２７ｍ。织物下层是９０。方向、上层 是０。方向纤维。为了达到部件要求 的尺寸，把６张双轴向的织物再缝合 在一起，搭接的宽度是２５ｍｍ，形成 一张宽７ｍ、长７．４ｍ的“毯”。６张 毯依次叠在一起，形成一个整体的后 压力框预成型体。ＳＡＥＲＴＥＸ公司 将预成型体从两端向中间卷起来，然 后从ＳＡＥＲＴＥＸ公司新建的厂房运 到靠近德国汉堡的空客Ｓａｔｄｅ制造 工厂。
胡培 １ ９９８年在上海同济大学获得复合
材料专业硕士学位．现任赢创德固赛公 司高性能聚合物部门泡沫和薄膜产品 亚太区总监。自２００１年以来．一直在 赢创德固赛公司从事先进复合材料夹 层结构的研究和市场工作．
夹层结构 在飞机结构设计中，要求设计的 构件尽可能轻，同时又要满足强度刚 度要求，因此这是对设计人员的最大 挑战，对于薄壁结构，主要设计要求 为：在承受拉、压及剪切载荷的综合 作用下不失稳。传统的飞机结构设 计方法仍在一些范围内使用，通过用
夹层复合材料结构与失效机制
夹层复合材料结构与失效机制夹层复合材料是由两层不同材料组成的结构，中间通过粘合剂粘合在一起。
它具有很高的强度和刚度，同时具备较低的重量。
夹层复合材料被广泛应用于航空航天、汽车工业和建筑领域等。
夹层复合材料的结构通常由外层材料、粘合剂和内层材料组成。
外层材料一般是高强度、高刚度的纤维增强复合材料，如碳纤维增强聚合物。
内层材料则可以是轻质材料，如泡沫塑料或铝合金。
粘合剂的选择非常关键，它能够提供夹层结构的强度和刚度。
夹层复合材料的失效机制主要包括剪切失效、剥离失效和层间剪切失效。
剪切失效是指外层和内层材料之间的剪切应力超过材料的强度极限，导致复合材料出现破坏。
剥离失效是指粘合剂与外层或内层材料之间的粘结强度不足，导致粘合剂与材料分离。
层间剪切失效是指在复合材料的层间产生剪切力，导致层间的失效。
在夹层复合材料的设计和制造过程中，需要考虑以下几个因素来提高结构的强度和耐久性。
首先，选择合适的外层和内层材料，使它们具备良好的力学性能和耐腐蚀性能。
其次，选择合适的粘合剂，确保粘合剂与材料之间具有良好的粘结强度。
第三，对结构进行合理的设计，避免应力集中和缺陷的产生。
最后，在制造过程中，需要严格控制工艺参数，确保夹层复合材料的质量稳定。
夹层复合材料在航空航天领域中的应用非常广泛。
例如，飞机的机翼和机身通常采用夹层复合材料结构，以提高飞机的性能和燃油效率。
在汽车工业中，夹层复合材料被用于制造车身和车门等零部件，以提高汽车的安全性和节能性。
在建筑领域，夹层复合材料被用于制造外墙板和屋顶材料，以提高建筑物的抗风性能和隔热性能。
夹层复合材料具有很高的强度和刚度，在航空航天、汽车工业和建筑领域有着广泛的应用。
夹层复合材料的结构和失效机制对于设计和制造过程非常重要，需要合理选择材料、粘合剂和工艺参数，以提高结构的性能和耐久性。
夹层复合材料的应用将为各个领域带来更加先进和高效的解决方案。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
复合材料夹层结构芯材
夹层结构的最初应用从上世纪初的航空航天业开始，逐步发展到今天的船舶、交通运输、运动器材、风力发电、医疗器材等领域。
德固赛（中国）投资有限公司上海分公司的胡培先生全面综述了各种芯材的特性、应用、市场分布及前景。
常用芯材及其应用
玻璃钢/复合材料中常用的芯材有泡沫、巴萨木和蜂窝等多孔固体材料。
巴萨木目前主要的用途集中在风电、船舶、铁路车辆等行业。
相对而言，因为其密度选择范围小，面层破坏以后，吸水腐烂的缺点，已经逐步被PVC泡沫取代。
但是因为其价格优势，目前还有一定的市场。
蜂窝主要有NOMEX纸蜂窝和铝蜂窝，蜂窝材料具有各向异性的特点。
另外，因为蜂窝存在开孔结构，不适用一些湿法工艺或树脂注射工艺，例如船舶和风电等领域。
铝蜂窝因为和碳纤维面板之间存在电腐蚀的问题，一般不能和碳纤维一同使用。
另外，蜂窝结构在使用过程中，会因为面层破坏，发生渗水问题。
玻璃钢/复合材料中常用的泡沫芯材有聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（PUR）、丙烯腈-苯乙烯（SAN）、聚醚酰亚胺（PEI）及聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）等。
硬质聚氨酯PUR泡沫与其他泡沫相比，其力学性能一般，树脂/芯材界面易产生老化，从而导致面板剥离。
作为结构材料使用时，常用作层合板的纵、横桁条或加强筋之芯材。
有时PUR泡沫也能用于受载较小的夹层板中，起到隔热或隔音的作用。
该类泡沫的使用温度为150℃左右，吸声性能良好，成型非常简单，但是机械加工过程中易碎或掉渣。
PUR泡沫价格相对便宜，发泡工艺也比较简单，采用液体发泡。
目前主要在运动器材，例如网球拍、冰球棒中用做工艺芯材，并起到一定的阻尼作用。
另外在冲浪板中也普遍使用PUR 泡沫或EPS泡沫作为芯材。