关于蜂窝夹层结构雷达罩连接的分析
摘要：地面雷达天线罩的表面积很大，必须分块成型，然后采用接头连接成整体。因此接头的设计，加工和安装对雷达天线罩的安全使用极其重要。本文介绍了蜂窝夹层结构雷达罩夹层结构的连接方式、连接工艺、接头设计原则与安装方法，并给出了一些建议。
地面雷达天线罩，是从十几米到几十米直径的截球面，表面积很大，必须分块成型，然后用接头连接成整体，因此接头的设计，加工和安装是极其重要的。这要求接头有足够的强度，并且各个接头要尽量均匀。雷达罩被强台风吹坏，其中各分块的接头的质量是极关键的。在强台风的恶劣条件下，只要某一个接头松动或破坏，将会影响整个球壳的受力状态。对某一些分块而言，将改变各分块的边界条件，从而改变分块内部的应力状态，甚至会从稳定状态变成不稳定状态，后使整个球壳失稳而破坏，因此在进行雷达天线罩设计、制造与安装时必须极其重视接头的设计，制造和安装。
1 连接方式
夹层结构的连接方式是多种多样的，大的方面可分三类：①胶接；②机械连接，如螺接、铆接等；③混合连接，如胶螺连接，胶铆连接。根据不同夹层结构产品的结构及使用条件可以选择一种或几种连接方式。对于雷达天线罩的连接，有一些限制，要求尽可能不影响罩子的透波性能，罩子外表要光滑。
胶接有许多优点，但由于雷达罩较大，同时受力较大，因此采用机械连接或混合连接较多。主要有①平直对接；②嵌形单搭接；③嵌形双搭接；④翻边平直对接。如图1所示，其中①、②、③即如文献中所术的三种连接。④连接方式，单元件内翻边连接，在罩子受外压的条件下是不合理的，仅仅从连接上是方便一些，但从受力及对透波影响是不理想的。从受力角度，嵌形双搭接比嵌形单搭接更好；避免了产生附加弯短。
连接方式中还有上下盖板连接，这种连接对雷达罩不合适，因雷达罩表面必须光滑，另还要考虑透波因素。从受力角度分析上下盖板连接，采用胶螺或胶铆，这种连接承力能力较强。对于图1中的第④种，有内翻边连接，这是不合理的。虽然在安装方面，从受力角度，这不如采用附加内盖板连接，这样强度更好，透波性能与④类似。
2 工艺
夹层结构连接处的工艺包括下列方面：①树脂含量及渗透程度（包括空隙率）；②芯子加强措施；③面板补强；④连接处的几何形状及尺寸的精度。
树脂含量不足或不渗透，有较多的空白或空隙，将会降低连接玻璃钢的挤压强度和剪切强度，在受力时，将会发生挤压破坏或剪切破坏，或因连接方式不合理，产生附加拉压应力，与挤压剪切组合后破坏。因此，在成型中必须保证连接处有足够的树脂含量及渗透完全和均匀。至于树脂含量对挤压强度和剪切强度的关系，另文分析，对不同的增强材料，必有一个佳树脂含量。至于分层、空隙对玻璃钢疲劳性能的影响见文献。
连接处的芯子必须用填料、增加密度、预埋加强件等方法来加强，以提高该处的刚度和强度，避免连接处产生附加弯矩及剥离力，以及提高面板的挤压强度和剪切强度。
连接处面板要补强，适当增加厚度。该处面板不仅要增厚还应进行合理铺设。不同的铺设角度对静挤压强度和疲劳强度是不同的。以挤压强度为例，0。,90。、±45。组合层板的挤压强度为：
其中，t。为0。铺层的厚度；t90为90。铺层厚度；t45为45。铺层厚度；σc为0。方向层板的纵向压缩强度；σTC为0。方向层板在侧向限制下的横向压缩强度；σb0为0。方向层板在侧向限制下的挤压强度，σb45±45。方向层板在侧向限制下的挤压强度，K0、K90为挤压系数，分别为：
其中，φ45为±45。铺层的百分比；φ90为90。铺层的百分比。
对某复合材料，k0，K90依次见图2,3。
连接处的几何形状及尺寸精度方面，从文献可知，由于有一些连接接头的形状不合理，会产生附加弯矩，降低接头承载能力。另外，如文献介绍，因对接处的连接板不平整或垫圈不准，将会使连接板产生弯曲应力，降低连接板的承载能力。
3 安 装
雷达覃由许多元件连接安装后才能成为整体，安装质量极为重要。安装要使每一只螺栓施力到位，均匀。现仅以对螺栓的拧紧力矩为例，说明安装的重要性。施加拧紧力矩M后，当标准垫圈直径D为螺孔直径d的2.2倍，D=2.2d时，则侧向压缩应力σz为：
侧向限制还可以防止孔边过早分层，增加接头疲劳寿命。此外，它还使接头挤压强度的分散性大大减小。
举某复合材料为例，各铺层方向（0。、±45。、90。）的百分比依次为50/40/10，30/60/10和70/20/10，拧紧力矩对挤压强度影响的试验结果列于图4。从图4中可以清楚地看出铺层角及拧紧力矩对层板挤压强度的影响。必须注意，组成层板的各铺层比例不同，总厚度不同，拧紧力矩的影响也不同。
一般建议的拧紧力矩如表1所示。
对螺栓施加拧紧力矩后，螺栓承受轴向拉应力σz和连接板传来的剪应力τ，应按下式校验强度：
其中σb为螺拉伸强度。对于铆钉连接时为：
由些可见，对于不同的雷达罩，应根据受力状态，采用不同材质的螺栓、铆钉等。
4 老化、疲劳、蠕变
雷达天线罩在长期使用中，材料和接头会经历老化、疲劳、蠕变等过程，使其承载能力有所下降。选用两种拧紧力矩,0和18.08N・m对50/40/10和19/76/5两种层板的拉-拉（R=＋0.1）、拉-压（R=-1.0）的疲劳S-N曲线见图5和图6。
拧紧力矩约束了钉孔周围材料，延缓了局部破裂和起始损伤的时间，从而明显提高了静强度和疲劳强度。
对于蠕变也有同样情况，重要的是对我们雷达罩材料、接头应进行疲劳和蠕变的试验研究工作。
5 设 计
对不同的材料和结构，接头设计有不同的设代原则和计算方法。对我们玻璃钢／复合材料雷达罩而言，设计原则为：①接头要尽量避免对透波率的影响；②接头要尽量避免产生附加弯矩或剥离力；③进行优化铺层设计，使挤压强度、剪切强度和疲劳强度达到高；④在试验数据和理论分析的基础上，必须要对接头进行有老化、疲劳、蠕变的寿命设计；⑤接头的各部位要尽可以取得一致的安全系数，即满足破损一致要求，并且对各部位一定要完全计算出所有应力状态，采用合理的强度理论进行计算，确保接头安全；⑥要便于成型制造、安装和维修；⑦接头要密封，以防雨水侵入；⑧要研究接头对透波的影响，在可能条件，尽量采用非金属接头，以提高增加雷达罩的透波性能。
至于设计计算，对于不同的接头形式，计算被连接材料的挤压应力、剪切应力、拉伸应力、弯曲应力、断纹剪切应力等，然后采用复合材料的强度理论进行强度校核。对于不同受力状态，已有计算方法。对于螺栓、铆钉可按普通接头计算方法，计算出轴向应力和剪切应力，按式（5）、（6）进行强度校核。在搞清接头受力状态及上述设计原则第④条后，应从第⑤条原则出发，进行接头优化设计。
6 标准规范化
要有制造接头的工艺规范和安装规范，从技术管理上确保接头质量和安装质量。同时要做好售后服务，做好定期检查和维修。一切过程一定要做好记录，对每只雷达罩，一定要从设计、材料、成型、检验、出厂、安装、检查、维修有一个完整的档案材料，以便不断总结经验，不断分析，以提高我们雷达罩的性能和质量。
地面雷达天线罩，是从十几米到几十米直径的截球面，表面积很大，必须分块成型，然后用接头连接成整体，因此接头的设计，加工和安装是极其重要的。这要求接头有足够的强度，并且各个接头要尽量均匀。雷达罩被强台风吹坏，其中各分块的接头的质量是极关键的。在强台风的恶劣条件下，只要某一个接头松动或破坏，将会影响整个球壳的受力状态。对某一些分块而言，将改变各分块的边界条件，从而改变分块内部的应力状态，甚至会从稳定状态变成不稳定状态，后使整个球壳失稳而破坏，因此在进行雷达天线罩设计、制造与安装时必须极其重视接头的设计，制造和安装。
1 连接方式
夹层结构的连接方式是多种多样的，大的方面可分三类：①胶接；②机械连接，如螺接、铆接等；③混合连接，如胶螺连接，胶铆连接。根据不同夹层结构产品的结构及使用条件可以选择一种或几种连接方式。对于雷达天线罩的连接，有一些限制，要求尽可能不影响罩子的透波性能，罩子外表要光滑。
胶接有许多优点，但由于雷达罩较大，同时受力较大，因此采用机械连接或混合连接较多。主要有①平直对接；②嵌形单搭接；③嵌形双搭接；④翻边平直对接。如图1所示，其中①、②、③即如文献中所术的三种连接。④连接方式，单元件内翻边连接，在罩子受外压的条件下是不合理的，仅仅从连接上是方便一些，但从受力及对透波影响是不理想的。从受力角度，嵌形双搭接比嵌形单搭接更好；避免了产生附加弯短。
连接方式中还有上下盖板连接，这种连接对雷达罩不合适，因雷达罩表面必须光滑，另还要考虑透波因素。从受力角度分析上下盖板连接，采用胶螺或胶铆，这种连接承力能力较强。对于图1中的第④种，有内翻边连接，这是不合理的。虽然在安装方面，从受力角度，这不如采用附加内盖板连接，这样强度更好，透波性能与④类似。
2 工艺
夹层结构连接处的工艺包括下列方面：①树脂含量及渗透程度（包括空隙率）；②芯子加强措施；③面板补强；④连接处的几何形状及尺寸的精度。
树脂含量不足或不渗透，有较多的空白或空隙，将会降低连接玻璃钢的挤压强度和剪切强度，在受力时，将会发生挤压破坏或剪切破坏，或因连接方式不合理，产生附加拉压应力，与挤压剪切组合后破坏。因此，在成型中必须保证连接处有足够的树脂含量及渗透完全和均匀。至于树脂含量对挤压强度和剪切强度的关系，另文分析，对不同的增强材料，必有一个佳树脂含量。至于分层、空隙对玻璃钢疲劳性能的影响见文献。
连接处的芯子必须用填料、增加密度、预埋加强件等方法来加强，以提高该处的刚度和强度，避免连接处产生附加弯矩及剥离力，以及提高面板的挤压强度和剪切强度。
连接处面板要补强，适当增加厚度。该处面板不仅要增厚还应进行合理铺设。不同的铺设角度对静挤压强度和疲劳强度是不同的。以挤压强度为例，0。,90。、±45。组合层板的挤压强度为：
其中，t。为0。铺层的厚度；t90为90。铺层厚度；t45为45。铺层厚度；σc为0。方向层板的纵向压缩强度；σTC为0。方向层板在侧向限制下的横向压缩强度；σb0为0。方向层板在侧向限制下的挤压强度，σb45±45。方向层板在侧向限制下的挤压强度，K0、K90为挤压系数，分别为：
其中，φ45为±45。铺层的百分比；φ90为90。铺层的百分比。
对某复合材料，k0，K90依次见图2,3。
连接处的几何形状及尺寸精度方面，从文献可知，由于有一些连接接头的形状不合理，会产生附加弯矩，降低接头承载能力。另外，如文献介绍，因对接处的连接板不平整或垫圈不准，将会使连接板产生弯曲应力，降低连接板的承载能力。
3 安 装
雷达覃由许多元件连接安装后才能成为整体，安装质量极为重要。安装要使每一只螺栓施力到位，均匀。现仅以对螺栓的拧紧力矩为例，说明安装的重要性。施加拧紧力矩M后，当标准垫圈直径D为螺孔直径d的2.2倍，D=2.2d时，则侧向压缩应力σz为：
侧向限制还可以防止孔边过早分层，增加接头疲劳寿命。此外，它还使接头挤压强度的分散性大大减小。
举某复合材料为例，各铺层方向（0。、±45。、90。）的百分比依次为50/40/10，30/60/10和70/20/10，拧紧力矩对挤压强度影响的试验结果列于图4。从图4中可以清楚地看出铺层角及拧紧力矩对层板挤压强度的影响。必须注意，组成层板的各铺层比例不同，总厚度不同，拧紧力矩的影响也不同。
一般建议的拧紧力矩如表1所示。
对螺栓施加拧紧力矩后，螺栓承受轴向拉应力σz和连接板传来的剪应力τ，应按下式校验强度：
其中σb为螺拉伸强度。对于铆钉连接时为：
由些可见，对于不同的雷达罩，应根据受力状态，采用不同材质的螺栓、铆钉等。
4 老化、疲劳、蠕变
雷达天线罩在长期使用中，材料和接头会经历老化、疲劳、蠕变等过程，使其承载能力有所下降。选用两种拧紧力矩,0和18.08N・m对50/40/10和19/76/5两种层板的拉-拉（R=＋0.1）、拉-压（R=-1.0）的疲劳S-N曲线见图5和图6。
拧紧力矩约束了钉孔周围材料，延缓了局部破裂和起始损伤的时间，从而明显提高了静强度和疲劳强度。
对于蠕变也有同样情况，重要的是对我们雷达罩材料、接头应进行疲劳和蠕变的试验研究工作。
5 设 计
对不同的材料和结构，接头设计有不同的设代原则和计算方法。对我们玻璃钢／复合材料雷达罩而言，设计原则为：①接头要尽量避免对透波率的影响；②接头要尽量避免产生附加弯矩或剥离力；③进行优化铺层设计，使挤压强度、剪切强度和疲劳强度达到高；④在试验数据和理论分析的基础上，必须要对接头进行有老化、疲劳、蠕变的寿命设计；⑤接头的各部位要尽可以取得一致的安全系数，即满足破损一致要求，并且对各部位一定要完全计算出所有应力状态，采用合理的强度理论进行计算，确保接头安全；⑥要便于成型制造、安装和维修；⑦接头要密封，以防雨水侵入；⑧要研究接头对透波的影响，在可能条件，尽量采用非金属接头，以提高增加雷达罩的透波性能。
至于设计计算，对于不同的接头形式，计算被连接材料的挤压应力、剪切应力、拉伸应力、弯曲应力、断纹剪切应力等，然后采用复合材料的强度理论进行强度校核。对于不同受力状态，已有计算方法。对于螺栓、铆钉可按普通接头计算方法，计算出轴向应力和剪切应力，按式（5）、（6）进行强度校核。在搞清接头受力状态及上述设计原则第④条后，应从第⑤条原则出发，进行接头优化设计。
6 标准规范化
要有制造接头的工艺规范和安装规范，从技术管理上确保接头质量和安装质量。同时要做好售后服务，做好定期检查和维修。一切过程一定要做好记录，对每只雷达罩，一定要从设计、材料、成型、检验、出厂、安装、检查、维修有一个完整的档案材料，以便不断总结经验，不断分析，以提高我们雷达罩的性能和质量。
