加載速度對夾層結構性能的影響

摘 要:本文在制定夾層結構性能試驗方法國標過程中,研究了加載速度對性能的影響,主要是對平壓、側壓、彎剪性能的影響,從試驗結果說明,加載速度對性能的測試結果有影響,國標中規定的加載速度是合理的。
關鍵詞:夾層結構;性能試驗;加載速度

1 前 言

  自1960年開始,我院由于當時玻璃鋼研究項目(產品)的需要,進行了大量玻璃鋼蜂窩夾層結構試驗。國外飛機從上世紀四十年代開始就使用蜂窩夾層結構,使用的面積逐年增加,直到目前,在先進的飛機上使用夾層結構的面積占飛機總面積已達50%~60%以上(包括泡沫夾層結構等)。我們在進行大量試驗的同時,開展了試驗方法的研究。1976年,由建材總局玻璃鋼技術交流組發布玻璃鋼測試方法,內有6個是玻璃鋼蜂窩夾層結構性能測試方法。
  到1979年,標準局發布了7個玻璃鋼蜂窩夾層結構性能試驗方法國標(GB1452-78-GB1457-78,GB1464-78)。在1986~1987年進行了次修改,從玻璃鋼蜂窩夾層結構擴大到夾層結構(也包括鋁蜂窩、泡沫塑料等夾層結構),使適用范圍擴大。在1988年及1989年分別發布了7個新標準(國標GB標準號不變,僅改變年代)。1987年9月,在山東掖縣召開纖維增強塑料標準化技術委員會第四屆年會上通過審議。
  2002~2003年,對上述7個夾層結構性能試驗方法國標又進行第二次修訂,按國際統一格式編寫,又增加一些新內容,使標準更加完善,2005年發布了新國標(GB編號一樣,僅改變年代為2005)。
  在夾層結構性能試驗方法國標的制訂過程中,我們研究了加載速度對夾層結構性能的影響,下面列出的僅僅是其中的一小部分試驗工作。

2 試驗結果

  試驗在原10噸日本島津萬能試驗機上進行。為了醒目、簡便,以下僅列出試驗結果的曲
線圖。
  圖1是加載速度對平壓強度的影響,試樣為307#聚酯玻璃鋼蜂窩夾層結構,蜂格邊長為
8mm。

  圖2是加載速度對平壓強度的影響,試樣分別為酚醛蜂窩、307#聚酯蜂窩夾層結構,蜂
格邊長為4mm。


  圖3是加載速度對側壓強度的影響,試樣為307#聚酯蜂窩夾層結構,蜂格邊長為8mm。

  圖4是加載速度對彎剪強度的影響,試樣為307#聚酯蜂窩夾層結構,蜂格邊長為8mm。

  圖5是加載速度對彎剪強度的影響,試樣分別為酚醛、307#聚酯蜂窩夾層結構,蜂格邊
長為4mm。

  從圖1、2中可以看出,加載速度對平壓強度有明顯的影響,加載速度越快,平壓強度越
高。在所試驗的加載速度范圍內,隨著加載速度的加快,平壓強度高增加67%。加載速度
對聚酯玻璃鋼蜂窩影響較大,對酚醛玻璃鋼蜂窩影響較小。
  從圖3中可以看出,加載速度對側壓強度有一定影響,但比對平壓強度的影響小。在所
試驗的加載速度范圍內,影響在15%以內。一般也是加載速度越快,側壓強度越高。但當時
的夾層結構,由于面板與蜂窩芯子的膠接質量不穩定關系,也會出現反常現象,如經向試樣,部分試樣,加載速度快時,反而強度低。
  從圖4、5中可以看出,加載速度對蜂窩夾層結構的彎剪強度也有一定影響。在所試驗的
加載速度范圍內,影響在15%以內。與平壓強度時相反,加載速度對酚醛蜂窩芯子的影響較
大(影響達15%),對307#聚酯蜂窩芯子的影響較小,也不明顯。由于浸膠的不均勻,有的
試驗結果有點反常,影響的變化幅度在10%以內。

3 結 論

  由以上試驗結果,可以得出下列結論:由于加載速度對夾層結構性能有一定影響,因此,在夾層結構性能試驗方法國標中規定一定的加載速度是合理的、科學的。在需測出彈性性能時,加載速度偏于較慢,便于測出彈性變形。
  由上述的試驗結果也可看出,當進行平壓強度試驗時,由于載荷是由蜂窩芯子承受,蜂
窩芯子較弱,同時蜂壁是有初曲率的薄板元件組成,加載速度對該薄板元件的穩定性有直接
影響,因此,加載速度對平壓強度的影響較明顯,而對側壓強度的影響就較小。對于彎曲強
度或彎剪強度而言,還與夾層結構的整體剛度、芯子剪切剛度所占的比例有關,情況更為復
雜。