用于提高盒段整體結(jié)構(gòu)拉伸強(qiáng)度的增強(qiáng)芯材

1、用于提高盒段整體結(jié)構(gòu)拉伸強(qiáng)度的增強(qiáng)芯材近年來(lái)，為了發(fā)揮復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)，提高結(jié)構(gòu)效率和降低成本，飛行器復(fù)合材料結(jié)構(gòu)越來(lái)越傾 向于整體化，復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)分為壁板整體結(jié)構(gòu)和盒段整體結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)桁與蒙皮之間不采用 緊固件機(jī)械連接而是采用共固化、共膠接或膠接的界面稱(chēng)為壁板整體結(jié)構(gòu)。腹板與蒙皮之間 不用緊固件機(jī)械連接而采用共固化、共膠接或膠接的界面稱(chēng)之為盒段整體結(jié)構(gòu)。而盒段整體 結(jié)構(gòu)的T型或n型接頭沿腹板方向的拉伸強(qiáng)度低是其弱點(diǎn)之一，迄今為止，提高T型或n 型接頭沿腹板方向的拉伸強(qiáng)度仍然是盒段整體結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用必須解決的難題。T型或n型接頭拉伸載荷承受破壞特點(diǎn)盒段整體結(jié)構(gòu)T型接頭由蒙皮、T型元件及填充材料組成，

2、n型接頭由蒙皮、n型元件、腹 板及填充材料組成，當(dāng)其承受沿腹板方向拉伸載荷時(shí)填充區(qū)是接頭的最薄弱環(huán)節(jié)，接頭首先 從填充區(qū)的邊緣分層破壞，并逐漸擴(kuò)展，最后導(dǎo)致接頭承載能力顯著下降，填充區(qū)的應(yīng)力 應(yīng)變狀況非常復(fù)雜。提高接頭拉伸強(qiáng)度的手段影響盒段整體結(jié)構(gòu)T型和n型接頭拉伸強(qiáng)度的因素主要有接頭的結(jié)構(gòu)尺寸、制造工藝以及 填充的材料。通過(guò)分析T型和n型接頭承受拉伸載荷時(shí)的破壞模式，并經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，在接 頭結(jié)構(gòu)尺寸一定的前提下，提高盒段整體結(jié)構(gòu)T型和n型接頭拉伸強(qiáng)度的手段主要有以下 幾種。（1）將蒙皮與T型元件或n型元件縫合在一起的縫合工藝。（2）將蒙皮與T型元件或n型元件用碳針嵌入的Z-pin工藝。（3）將

3、蒙皮與T型元件或n型元件編織為一個(gè)整體的編織工藝。（4）提高填充材料的韌性和粘接性能。過(guò)去填充區(qū)填充的是單向帶預(yù)浸料，無(wú)法滿足盒段 整體結(jié)構(gòu)T型和n型接頭沿腹板方向拉伸強(qiáng)度的要求。上述方法中，由于縫合和整體編織需采用專(zhuān)用設(shè)備，而且只能采用液體成形工藝，另外，還 有一個(gè)較大的問(wèn)題是縫合和編織對(duì)纖維的損傷較大，影響了盒段整體結(jié)構(gòu)的其他性能指標(biāo)。 Z-pin工藝也需用專(zhuān)用設(shè)備，而且Z-pin工藝的嵌入過(guò)程較為復(fù)雜。提高填充材料的韌性和粘接性能是提高T型和n型接頭沿腹板方向拉伸強(qiáng)度的一個(gè)非常有 效的途徑，因?yàn)椴捎眠@種方法可以繼續(xù)沿用制造盒段整體結(jié)構(gòu)的成形工藝，而且不會(huì)提高制 造成本，最重要的是盒段整體

4、結(jié)構(gòu)的其他性能指標(biāo)也沒(méi)有損失。枚)ZXCi如增強(qiáng)芯揚(yáng)由移/nun(h) ZXC】帥增輯芯材T型接頭試驗(yàn)件曲荷一恒移曲線用于提高盒段整體結(jié)構(gòu)拉伸強(qiáng)度的增強(qiáng)芯材按照上述思路，北京航空制造工程研究所研制了 Z X C180、Z X C190及Z X C195系列 增強(qiáng)芯材，并編制了 Z X C180、Z X C190及ZXC195增強(qiáng)芯材的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成了數(shù)百 件T型和n型接頭沿腹板方向的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于單向帶預(yù)浸料，增 強(qiáng)芯材通過(guò)自身韌性的提高，有效地提高了盒段整體結(jié)構(gòu)T型和n型接頭沿腹板方向的拉 伸強(qiáng)度。由此看出，上述系列增強(qiáng)芯材可以廣泛應(yīng)用在采用T型和兀型接頭的飛行器盒段 整

5、體結(jié)構(gòu)中。ZXC180、ZXC190及ZXC195系列增強(qiáng)芯材的固化溫度和適用范圍見(jiàn)表1,填充該系列增 強(qiáng)芯材的T型接頭拉伸試驗(yàn)件的拉伸強(qiáng)度均能達(dá)到3100M P a以上（見(jiàn)表2），其中Z X C180、Z X C190及Z X C195增強(qiáng)芯材的應(yīng)用請(qǐng)參照Q /9S 172-2009標(biāo)準(zhǔn)（北京航空制 造工程研究所企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），上述系列增強(qiáng)芯材的材料組成、構(gòu)成、制備及添加工藝已經(jīng)申請(qǐng) 了發(fā)明專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)為200810172473.4）。耒I ZXC180, ZXC1SC-S.ZXC195系列增強(qiáng)慈材商固化工藝、適用范圍冶強(qiáng)芯材固化工藝.透用苞圍180TC 保溫 311環(huán)敘夏合材料L泗保溫3 - 4h環(huán)飯或雙馬貧各林料ZXC1951如口保溫4h雙馬缸告材料表2填充ZXC1B0, ZXC1S0SZXC1S5系列增強(qiáng) 芯材的T型接頭拉伸試驗(yàn)件能這到的拉伸 強(qiáng)度指標(biāo)序辱增現(xiàn)芯材拉伸破壞強(qiáng)度/MPhLZXC180M 3100ZXC190ZXC195 3100結(jié)束語(yǔ)ZXC180、ZXC190、ZXC