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大板式方舱设计分析及测试 大板式方舱设计分析及测试 范兰譬刘长庆 (星光机器厂) 一 ,方舱研制概况 1982年我厂承担了某地空型号四种地面支援设备方舱的设计研制任务,经五年通过反复 试验和测试,完成了从设计试制到定型两批产品的制造任务.1987年9月通过了四种方舱的 定型鉴定. 1989年我厂又承担了有关单位电子设备方舱和油机方舱的设计制造任务.在总结过去设 计和生产经验的基础上,对产品的设计结构傲了改进,使产品的外观质量和性能指标都达到 了一个新的水平.接收单位认为我厂”在方舱生产上经验丰富,在国内起步早,设计先进, 工艺成熟,检测手段齐全,质量要求严格,在产品的设计和生产过程中有健全的质量保证体 系,产品的性能指标优于技术协议书的要求和GB129.2—86标准的指标”. 方舱的结构蛩式 八十年代以前,我国在军甩厢式车的结构设计中,基本上全部采甩骨架蒙皮固定式厢式 车结构.这种结构是用金属理材焊接成一个完整的骨架,然后在骨架上加装内外蒙皮(铆接 或焊接).在内外蒙皮之间填充隔热保温材料.它主要是由骨架承受载荷.因此其自重大, 荷重比低,其自重是同样结构尺寸大板方舱的两倍以上. 八十年代以来,国内在大板方舱的研制中,抛弃了国外早期方舱夹芯材料采甩纸蜂窝, 内外蒙皮之间无金屑加固件的结构型式,而直接采用了加强筋夹层板结构型式.这种结构已 成为国内外轻型方舱的主要型式.在国内加强筋夹层板结构型式的大板方舱中,夹芯材料有 的采用聚氨醇泡沫塑料喷涂发泡,有的则直接采甩聚氨南泡沫板材切l軎I后进行粘贴?前者内 蒙皮没有与夹芯材料粘接在一起,影响方舱的承载能力由于芯材的切割误差,即使蒙皮平 整,也很难保证胶层的均匀,难于保证蒙皮与芯材很好粘台,从而影响胶接强度.一旦蒙 皮与芯材牯台面之间出现脱层,在剪应力的作用下,脱层会不断扩展,从而影响方舱的刚度 和强度.后者加工要求高,工艺复杂. 方舱的结构特点 为了克服上述结构弊端,我厂设计制造的大板方舱采用了现场浇灌压力发泡的结构型 式.其特点是,方舱为一全承载式舱体.它是由六块大板组成.大板的内外蒙皮与加强筋牯 接成盒体,将盒体放入特制的发泡工装内进行现场浇灌聚氨酯泡沫塑料压力发泡采甩这种 工艺手段成型的大板,无焊接,无铆接,表面平整美观.不仅工艺方法简便,而且大板具有 足够的刚度和强度.这种大板结构重量轻,应力分布均匀,有足够的疲劳寿命. 21 二,材料选择及分析和有关的测试 曩皮材料的确定 在立足国内的前提下,针对产品使用情况,首先抓住了设计可靠性的关键因素,并采用 定性分析,定量分析和试验相结合的办法,以取得可靠的数据,做为设计和生产的依据.设 计任务书要求仿制法国响尾蛇方舱.该方舱的蒙皮材料为2]r1]rl厚的玻璃钢.但是国内受到 工艺条件的限制,这种大型玻璃钢板材无法解决.如果选用铝合金板其强度,刚度以及保温 性能髓否达到或接近法国同类产品的水平对此我们做了认真地分析和定量计算.下表列出 了铝合金板和玻璃钢机械性能的有关参数. 裹1 \ 萌 比重拉仲强度压缩强度杜忡弹性剪切强度冲击强度弯曲强月 模量 T/]rlN/mm0N/mm2N/ITIril0N/171inN/]rlrilN/mm , 玻璃钢1.4～2.298～147405980078铝2.71862666860011858866 从袁中可以看出,玻璃钢本身重量轻,力学性能好,强重比高,是较为理想的蒙皮材 料.铝板同玻璃钢相比,其力学性能互有优劣.但铝板的防火性能,抗老化能力,在高温环 境下的工作能力以及对射频的屏蔽能力远优于玻璃钢,从另一方面看,铝板的导热系数大, 其值为201v~r/m,是钢的4.4倍,是玻璃钢的479倍.我们在做了定量分析后认为,方舱保 温性能的好坏取决于方舱大板的热阻系数.热阻系数越大,保温性能越好,热阻系数越小, 保温性能越差.现以不同材料傲方的蒙皮,以相同材料做大板的夹芯,在大板厚度相同的 情况下计算其热阻系数.计算公式如下: 式中:R一太板的热阻系数 一 各层材料的导热系数 d一各层材料的厚度 n一各种材料的总层数 i一材料的层间次序 有关数据及计算结果见表2. 22 171/W W/m℃ 一 1 ll R 寰2 \ \蒙皮厚度蒙皮比重蒙皮导热夹芯厚度夹芯比重夹芯导热大板热凹 拳数 , L系数夹芯材料系数系数 材料\ \T/m3W/mT/m.W/m℃111℃/W , 钿0.0027.846.1聚氨酯泡津0.050.070.031.6662 铝0.0022.7201聚氯脂沫0.050.070.031.6667 —— 玻塥钢0.0021.4～2.20.42聚氯脂泡沫0.050.070.031.6762 从计算结果可以看出,芯材对大板的热阻系数起着决定性作用,例如在以玻璃钢做蒙皮 的大