加载速度对夹层结构性能的影响

摘 要:本文在制定夹层结构性能试验方法国标过程中,研究了加载速度对性能的影响,主要是对平压、侧压、弯剪性能的影响,从试验结果说明,加载速度对性能的测试结果有影响,国标中规定的加载速度是合理的。
关键词:夹层结构;性能试验;加载速度

1 前 言

  自1960年开始,我院由于当时玻璃钢研究项目(产品)的需要,进行了大量玻璃钢蜂窝夹层结构试验。国外飞机从上世纪四十年代开始就使用蜂窝夹层结构,使用的面积逐年增加,直到目前,在先进的飞机上使用夹层结构的面积占飞机总面积已达50%~60%以上(包括泡沫夹层结构等)。我们在进行大量试验的同时,开展了试验方法的研究。1976年,由建材总局玻璃钢技术交流组发布玻璃钢测试方法,内有6个是玻璃钢蜂窝夹层结构性能测试方法。
  到1979年,标准局发布了7个玻璃钢蜂窝夹层结构性能试验方法国标(GB1452-78-GB1457-78,GB1464-78)。在1986~1987年进行了次修改,从玻璃钢蜂窝夹层结构扩大到夹层结构(也包括铝蜂窝、泡沫塑料等夹层结构),使适用范围扩大。在1988年及1989年分别发布了7个新标准(国标GB标准号不变,仅改变年代)。1987年9月,在山东掖县召开纤维增强塑料标准化技术委员会第四届年会上通过审议。
  2002~2003年,对上述7个夹层结构性能试验方法国标又进行第二次修订,按国际统一格式编写,又增加一些新内容,使标准更加完善,2005年发布了新国标(GB编号一样,仅改变年代为2005)。
  在夹层结构性能试验方法国标的制订过程中,我们研究了加载速度对夹层结构性能的影响,下面列出的仅仅是其中的一小部分试验工作。

2 试验结果

  试验在原10吨日本岛津万能试验机上进行。为了醒目、简便,以下仅列出试验结果的曲
线图。
  图1是加载速度对平压强度的影响,试样为307#聚酯玻璃钢蜂窝夹层结构,蜂格边长为
8mm。

  图2是加载速度对平压强度的影响,试样分别为酚醛蜂窝、307#聚酯蜂窝夹层结构,蜂
格边长为4mm。


  图3是加载速度对侧压强度的影响,试样为307#聚酯蜂窝夹层结构,蜂格边长为8mm。

  图4是加载速度对弯剪强度的影响,试样为307#聚酯蜂窝夹层结构,蜂格边长为8mm。

  图5是加载速度对弯剪强度的影响,试样分别为酚醛、307#聚酯蜂窝夹层结构,蜂格边
长为4mm。

  从图1、2中可以看出,加载速度对平压强度有明显的影响,加载速度越快,平压强度越
高。在所试验的加载速度范围内,随着加载速度的加快,平压强度高增加67%。加载速度
对聚酯玻璃钢蜂窝影响较大,对酚醛玻璃钢蜂窝影响较小。
  从图3中可以看出,加载速度对侧压强度有一定影响,但比对平压强度的影响小。在所
试验的加载速度范围内,影响在15%以内。一般也是加载速度越快,侧压强度越高。但当时
的夹层结构,由于面板与蜂窝芯子的胶接质量不稳定关系,也会出现反常现象,如经向试样,部分试样,加载速度快时,反而强度低。
  从图4、5中可以看出,加载速度对蜂窝夹层结构的弯剪强度也有一定影响。在所试验的
加载速度范围内,影响在15%以内。与平压强度时相反,加载速度对酚醛蜂窝芯子的影响较
大(影响达15%),对307#聚酯蜂窝芯子的影响较小,也不明显。由于浸胶的不均匀,有的
试验结果有点反常,影响的变化幅度在10%以内。

3 结 论

  由以上试验结果,可以得出下列结论:由于加载速度对夹层结构性能有一定影响,因此,在夹层结构性能试验方法国标中规定一定的加载速度是合理的、科学的。在需测出弹性性能时,加载速度偏于较慢,便于测出弹性变形。
  由上述的试验结果也可看出,当进行平压强度试验时,由于载荷是由蜂窝芯子承受,蜂
窝芯子较弱,同时蜂壁是有初曲率的薄板元件组成,加载速度对该薄板元件的稳定性有直接
影响,因此,加载速度对平压强度的影响较明显,而对侧压强度的影响就较小。对于弯曲强
度或弯剪强度而言,还与夹层结构的整体刚度、芯子剪切刚度所占的比例有关,情况更为复
杂。