金属蜂窝夹层板的研究进展

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Research process of M etal Honeycomb Sandwich BoardsLIU Yan-hui，DU Peng(Colege of Mechanical＆Electrical Engineering Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China)Abstract：The article makes a general survey of the development history，manufacture process and research situation of the honey-comb sandwich boards and gives the development direction to metal honeycomb sandwich plates in future。

Key words：honeycomb sandwich breads；manufacture；mechanical properties1 介绍蜂窝夹层板是由两块极薄的面板夹着-层蜂窝芯组成，又名蜂窝板、蜂窝夹芯板，蜂窝芯的高度通常要比面板高出几倍甚至几十倍，其结构如图 1所示。

上面板蜂窝芯下面板图1 蜂窝夹层板的结构图由于蜂窝芯实体部分的面积很小所以蜂窝板的整体质量很轻，另外，它还具有高比强度和比刚度以及隔热、隔声等诸多优点，因而在航空航天、列车及船舶等领域获得了极其广泛的应用 。J。本文主要对蜂窝夹层板 的发展历程、制备技术以及力学性能研究现状进行 了综合评述，进而提出蜂窝板今后的发展方向。

2 蜂窝夹层板的发展历程蜂窝夹层板最早是应用于航空工业的。1938年，由德国制造的四引擎 Havilland Albatross飞机以及后来二战期间英国的蚊式轰炸机中的圆形机身外壳部分率先采用作者简介：刘艳辉Machine Building固 Auwmation，jHn 2013，41t1 ：9～jl，l5此结构，因而在减轻飞机质量的同时还提高了飞机的运载能力/4 J。1940年，英国的希尔(Hil1)教授继而用巴萨木单片做蜂窝格子，用桃木单片做面板，制成蜂窝夹层结构，并成功应用于英国飞翼”型飞机上∮着美国又把桃木单片的蜂窝芯粘结在铝蒙皮上，制成铝木蜂窝夹层结构”。

到二次世界大战快结束时，-种全部由金属制作(主要是镁铝合金)的金属蜂窝已经问世，并可广泛应用于航天器的室内幕墙、隔板、装饰板以及建筑外墙翻新与室内装修等 。到20世纪 50年代，随着塑料纤维工艺技术的发展，玻璃钢蜂窝结构问世 J。

随着材料科学的迅速发展，人们研制出了更多的新型蜂窝夹层结构。1972年美国杜邦公司研究开发了芳纶纸蜂窝，即Nomex蜂窝，并大量投入使用。20世纪90年代初，杜邦公司通过改变芳纶分子结构和改善浸胶方法，又开发了Korex蜂窝 ，研究表明，新型高性能 Korex蜂窝芯比Nomex和玻璃布蜂窝芯具有更好的性能，可以满足航空航天等高技术发展对蜂窝芯的更高要求。1994年，日本的山口进吾 对钎焊的铝蜂窝板进行研究。从此，金属蜂窝夹层结构受到越来越多的重视。

我国对蜂窝板的研究起步较晚，而且其研究几乎全部由与航空航天有关的研究所、科研院校和飞机公司等进行研制、开发和应用。首先，北京航空材料研究所针对我 国直九机采用的 Nomex蜂窝依赖进 口的瓶颈，对国内传统的蜂窝制造工艺进行改进，最终制备了性能更优良的蜂窝 。随后 ，北京航空材料研究所提出可以通过开展新型蜂窝材料及新型蜂窝空格技术来提高蜂窝的力学性能” 。2002年，方大集团在国际上首创复合热熔胶膜粘接技术，利用平面连续热复合工艺研制出由高性能热塑性胶粘剂连续复合的铝蜂窝板 ↑些年来，-些科研院校对高性能的金属蜂窝夹层结构进行了深入研究：如大连· 9·· 机械制造 · 刘艳辉，等 ·金属蜂窝夹层板的研究进展连接，采用焊接法将其连接，可以使接头之间形成牢固的冶金结合，其整体力学性能要比胶结制备的蜂窝夹层板优越很多，所以为了获得高性能的金属蜂窝夹层板，钎焊法有广阔的发展前景。

4 蜂窝板的力学性能研究概况在蜂窝夹层板的各项力学性能指标中，其面外压缩性能和弯曲性能是尤其重要的。

4.1 蜂窝板的平压性能许多专家学者对蜂窝板的平压性能进行了分析与研究后得出结论：蜂窝板的压缩变形主要由蜂窝壁板的轴向变形来承担，其压缩过程都会经历弹性变形、弹性屈曲、塑性屈曲、蜂窝芯大变形(也称密实强化或折叠)阶段，但是压缩过程的各阶段又因蜂窝材料和制造工艺不同而有所不同。若蜂窝板采用胶结法制备，则在弹性变形阶段会发生蜂窝芯-面板胶的弹性失稳，采用钎焊法制备则只有蜂窝芯的弹性变形。经历弹性变形阶段后，若蜂窝结构由合成橡胶等弹性材料制成，则其孑L壁产生弹性屈曲，在应力- 应变曲线上出现-个长的、几乎是平坦的平台；若蜂窝结构由铝合金等塑性材料制成，蜂窝壁板则产生塑性屈曲或轴向屈服；若孔壁由蠕变材料制成，则蜂窝结构会产生蠕变；而若其由脆性材料制成，则它会以脆性方式发生压碎和断裂 。大连交通大学的迎春分别对镁芯蜂窝板和铝芯蜂窝板的承压力学性能进行研究 ，结果表明：蜂窝板的压缩强度主要撒于蜂窝芯的压缩强度，通过增加芯材的厚度或提高其材料特性可提高蜂窝板的压缩强度。

另外，井玉安通过对 Q215普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩实验进行研究发现 ，在影响蜂窝力学性能的结构参数中，以胞壁厚度对初始压缩强度和峰值抗压强度的影响最大 ，胞壁边长的影响次之，而面板和夹芯厚度的影响最校4.2 蜂窝板的弯曲性能蜂窝板在很多情况下要承受弯曲载荷，且由于壁板在弯曲载荷下，有受压区，也有受拉区，受力情况较为复杂，所以研究蜂窝板在弯曲载荷下的响应也是很有必要的。徐朝阳对木质蜂窝夹芯材料的力学性能进行研究 后指出蜂窝板弯曲时往往出现芯部剪切屈曲、芯部剪切破坏、面板屈曲和面板屈服这四种典型的破坏模式，但迎春对胶结镁芯蜂窝板的弯曲性能进行研究 却发现镁芯蜂窝板在面板胶层脱胶后便无法继续承载，而没有出现木质蜂窝夹层板的面板屈曲和屈服，这主要是由于蜂窝面板用胶的胶结强度远低于镁蜂窝芯的剪切极限程度造成的。所以，通过提高胶结剂的性能也能够在-定程度上提高蜂窝板的弯曲承载性能，但是毕竟胶结剂性能的提高有-定限度，远不如钎焊形成的牢固的冶金结合强度高。另外，蜂窝板的结构参数对其弯曲性能也有明显影响，蜂窝芯壁厚和蜂窝孔边长的比值对弯曲性能有明显影响，随着此比值增大，弯曲强度和刚度都增大，且弯曲强度的增加更加显著；蜂窝芯高度对压缩性能和弯曲性能影响相反，蜂窝芯越高，弯曲性能越好但压缩性能较差。所以，可以通过选择合适的蜂窝结构尺寸和利用钎焊代替胶结来提高Machine Building 8 Automation，Jun 2013，41(J)：9～JJ，j5其承弯特陛。

4.3 蜂窝板的其他力学性能随着科学技术的发展以及数值仿真技术的快速发展，专家对蜂窝板的侧压、冲击力学性能以及其在有限元仿真时的静力和动力分析模型的建立等方面 圳的研究有所关注。

总而言之，今后对金属蜂窝夹层板的研究范围会越来越广泛，从而研制出应用范围更广、整体陛能更优的蜂窝板。

5 结语蜂窝结构作为-种轻质高效结构已经在航空航天、交通运输、建筑等领域得到了广泛应用。而蜂窝板所用材料的力学性能和蜂窝夹层板的结构参数会直接影响所制造的蜂窝板的整体力学性能，所以作者提出金属蜂窝板今后的两个发展方向：1)至于制备蜂窝板的材料，作者认为耐热高温合金是今后的发展方向。

2)至于影响蜂窝夹层板力学性能的结构参数，因为不同的结构参数影响不同的力学性能，而且影响的程度也不尽相同，所以应该通过综合考量这些结构参数对蜂窝夹层板力学性能影响的程度以进行折中，最终获得高能效比的金属蜂窝板。而且数值仿真也会在评定蜂窝板力学性能方面产生重大影响，因为数值仿真较实际的实验成本降低很多，而且同样具有指导意义。