横隔板增强型泡沫夹芯复合材料梁抗剪性能试验研究.pdfVIP

2014年第 12期 玻 璃 钢 ／复合 材 料 9l 横隔板增强型泡沫夹芯复合材料梁抗剪性能试验研究 王 慧，齐玉军 ，刘伟庆 (南京工业大学土木工程学院，南京 211816) 摘要：复合材料泡沫夹芯结构易发生芯材剪切破坏，需对泡沫芯材进行增强。本文对比分析 了不同增强泡沫夹芯结构的 增强原理、芯材对界面性能和抗剪能力的贡献以及各 自的局限；采用真空导入工艺制作了横隔板增强泡沫夹芯粱，并对其进行 了剪跨比为3的三点弯试验，研究了横隔板及其间距对泡沫夹芯结构抗剪性能的影响。试验结果表 明，横隔板的存在能有效 提高构件的延性，且横隔板间距越小，延性越好 ，改善了泡沫夹芯结构脆性破坏的特性；但横隔板增强对夹芯梁强度和刚度的 影响不大，该结果与垂直缝纫增强泡沫夹芯结构的试验结果类似。横 隔板增强泡沫夹芯结构具有良好的设计性，其制作过程 比较简单，可改变横隔板角度或采用双向隔板增强，从而在保持延性的优势下，提高其强度和刚度。 关键词 ：复合材料夹芯梁；剪切性能；横隔板增强泡沫芯材；延性 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1003-0999(2014)12-0091-06 1 引 言 NASA的支持下，提出了缝纫泡沫夹芯复合材料的 复合材料泡沫夹芯结构具有轻质高强、抗弯刚 新概念 。用Kevlar线将碳纤维复合材料面板和闭 度大等优点，与蜂窝夹芯结构相比，芯材与蒙皮接触 孔硬质泡沫芯材缝在一起，采用真空辅助树脂转移 面更大且不易进水，在航空、船舶等领域逐渐开始得 模压工艺将低温固化树脂注入并固化，制成夹芯结 到应用。 构。由于缝线能够加强面板与芯材间的连接，阻止 复合材料泡沫夹芯结构在外荷载作用下，主要 脱胶及分层的萌生与扩展，从而既保留了较高的弯 的破坏形式为芯材剪切破坏或者面层和芯材的界面 曲刚度一质量比，又提高了泡沫夹芯结构的层间强 剥离破坏 ¨]。由于泡沫剪切强度较低，且其受剪 度，抗剪性能得到明显增强。 破坏为脆性破坏，从而导致泡沫夹芯结构的剪切破 对这种增强形式夹芯板的研究发现，增强缝线 坏模式呈典型的脆性破坏特征，发生剪切破坏时夹 直径、芯材材料性能，或者减小芯材厚度、缝针间 芯板的承载力会突然丧失。 距 j，能提高结构的横向剪切刚度；另外，相对于垂 近年来，针对泡沫夹芯结构上述缺陷，研究人员 直缝合，角度缝合能提供更好的刚度和强度，延性则 优化设计了诸多增强型泡沫夹芯结构，包括缝纫增 有所下降 j。 强泡沫夹芯结构、Z—pin增强泡沫夹芯结构、纳米泡 但是，这种增强形式在商业应用上并不能得到 沫夹芯结构、横隔板增强泡沫夹芯结构以及其他形 广泛应用，因为在制作过程中，结构的面 内性能已经 式的增强型泡沫夹芯结构 。 遭到了破坏 J。不论采取哪种缝合类型，将在面板 本文对现有的增强型夹芯结构进行对比分析， 处形成富树脂区，该富树脂区的存在会造成面板树 明确各 自的设计思想、对剪切性能的增强效果及其 优缺点；并采用真空导人工艺制作了横隔板增强泡 脂含量过高，容易吸湿产生微裂纹，是破坏的初始损 沫夹芯板，通过剪跨比为3的三点弯试验，研究