OUT-OF-PLANE COMPRESSIVE PROPERTIES OF HEXAGONAL PAPER HONEYCOMBS

The compressive behaviour of paper honeycombs is studied by means of an experimental analysis. Experiment results show how geometry aspects of hexagonal paper honeycombs, e.g. the height of paper honeycomb, the thickness and length of honeycomb cell-wall, the drawing ratio of hexagonal honeycomb, affect the compressive properties of the paper honeycombs. It is in good agreement with the theory model. The constraint factor K of the critical buckling stress is mainly determined by the length of honeycomb cell-wail. It can be described as K=1.54 for B type paper honeycombs and K=3.32 for D type paper honeycombs. The plateau stress is the power exponent function of the thickness to length ratio of honeycomb cell-wall, and the experiment results show that the constant is 13.2 and the power exponent is 1.77. The research results can be used to characterize and improve efficiently the compressive properties of paper honeycombs.

中等应变率下纸蜂窝结构的力学性能研究

应用新研制的中应变率实验装置结合激光干涉测速系统完成了纸蜂窝结构的动态加载实验,研究纸蜂窝结构在中应变率下的力学性能;结合高速摄影和数字图像相关方法,得到纸蜂窝结构的变形过程和动态失效机制,并采用数值方法进一步探究其动态失效机制。结果表明:纸蜂窝结构表现出明显的应变率效应;厚度为2.10 mm的纸蜂窝屈服强度明显低于其他3种尺寸,表现出异常尺寸效应,应力-应变曲线下降段也有较大差异。产生异常尺寸效应的主要原因是,随着试样尺寸的增大,纸蜂窝结构的破坏模式发生了变化。中应变率加载过程中,纸蜂窝结构的失效机制为破坏模式的转变—由面外壁屈曲破坏转变为面内剪切破坏。本研究还利用数值模型分析了胞元宽度的变化对结构力学性能的影响,该研究结果对于薄壁结构的优化设计具有很好的参考意义。

五边形柔性芳纶纸蜂窝的制备及性能

为满足大曲率部件对蜂窝材料柔性的要求,丰富国产芳纶纸蜂窝的种类,进一步拓展国内外蜂窝市场,在传统正六边形芳纶纸蜂窝制造工艺的基础上,优化工艺技术,研制了一种孔格为五边形结构的新型柔性芳纶纸蜂窝ACCH-2I-2.75-48D(孔格边长为2.75 mm,密度为48 kg/m^(3))。测试了三种国产芳纶纸制备的柔性蜂窝的物理性能、力学性能、泊松比及阻燃性能,参照了欧洲复材(EC)相同规格的柔性芳纶纸蜂窝力学性能指标值,且与现有相同规格的正六边形芳纶纸蜂窝(ACCH-2I-2.75-48)和过拉伸芳纶纸蜂窝[ACCH-2I-2.75-48(OX)]的力学性能指标进行了对比。测试结果表明,五边形柔性蜂窝孔格规整,外观无缺陷,物理性能稳定,平面压缩强度、剪切强度和剪切模量达到了EC柔性蜂窝的指标值要求,力学性能达到批次间稳定,蜂窝在纵向和横向均具有良好的柔性且阻燃性能优异。结果证明,五边形柔性芳纶纸蜂窝的制造工艺已完备,研制的五边形柔性蜂窝具有优异和稳定的综合性能,满足作为夹层结构材料芯材的基本要求。

固化循环热历程对芳纶纸蜂窝芯材尺寸收缩的影响

在芳纶纸蜂窝夹芯结构的修理过程中,需对蜂窝零件进行多次加热固化,这可能会导致蜂窝芯材的尺寸收缩,从而导致零部件产生凹陷。因此,有必要研究固化循环热历程对芳纶纸蜂窝芯材尺寸收缩的影响规律,为飞机复合材料芳纶纸蜂窝夹芯结构的修理填补方案提供参考依据。研究了不同修理固化温度及固化循环次数对国产及国外几种芳纶纸蜂窝芯材尺寸收缩的影响。通过对每次固化后的蜂窝芯材尺寸进行测试,探究蜂窝芯材的收缩规律。结果表明,经中高温(121℃)和高温(177℃)下修理固化循环多次后,国产与国外的蜂窝芯材的尺寸收缩程度均明显高于经中低温(93℃)和低温(66℃)固化加热循环后的收缩程度;经5次修理加热循环后,几种蜂窝芯材的尺寸收缩程度均明显高于第1次修理固化后的收缩程度;对于相同厚度的国产和国外蜂窝芯材,经多次固化循环后,国产蜂窝芯材的收缩程度更低。总体而言,芳纶纸蜂窝芯材在常见修理温度下多次热历程循环后,蜂窝芯材加热后的收缩程度较小,具有良好的尺寸稳定性,能够较好地满足蜂窝夹芯结构多次修理填补的需求。

工业内窥镜在芳纶纸蜂窝质量检验中的应用

芳纶纸蜂窝产品具有孔格数量多、高度不均一等特点,针对芳纶纸蜂窝产品表面质量检验方法中目视法检测效率低、精度低等问题,分析市场常见的工业内窥镜应用于芳纶纸蜂窝孔格内表面质量检验检测中的可行性。通过实际验证,采用工业内窥镜对芳纶纸蜂窝孔格进行表面质量检验,可以拓宽目视法的观察范围,提高芳纶纸蜂窝表面质量检测的效率和准确度。

芳纶Ⅲ纸及蜂窝的性能研究

实验以自制芳纶Ⅲ纸和聚酰亚胺树脂为原料,制备不同上胶量的芳纶Ⅲ纸蜂窝格壁材料,并制备芳纶Ⅲ纸蜂窝。实验结果表明,芳纶Ⅲ纸的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率均随着树脂上胶量的增加先上升后下降,撕裂度随着上胶量的增加先大幅度下降后缓慢上升,综合力学性能在上胶量为29.80%时达到最优,其中拉伸强度为102.7 MPa,弹性模量为6736 MPa,断裂伸长率为1.78%。芳纶Ⅲ纸蜂窝经过异面压缩破坏后,蜂窝结构的正六边形孔格发生了较小程度的变形,孔格壁产生较小幅度的形变和脱胶现象,表面胶层发生开裂。芳纶Ⅲ纸蜂窝的异面压缩强度实测值与塑性坍塌计算模型所得的理论值对应性较好。

间位芳纶纸基复合材料在高温环境下力学性能研究

本研究分析了浸渍酚醛树脂对芳纶纸力学性能的影响,研究了间位芳纶纸及格壁材料在25~280℃范围内7个不同温度点下的力学性能,并通过格壁材料力学性能参数,预测间位芳纶纸蜂窝芯材的高温力学性能。结果表明,在常温下,酚醛树脂引入后,格壁材料拉伸模量和强度相较于间位芳纶纸分别高出1.2和1.4倍。间位芳纶纸及格壁材料均表现出优异的耐高温性能,在225℃时,相较于常温,间位芳纶纸拉伸强度与模量保持率分别为62.7%和77.1%,格壁材料拉伸强度与模量保持率分别为62.0%和69.0%;在280℃时,间位芳纶纸及格壁材料拉伸强度保持率仍有44.1%。高温下间位芳纶纸及格壁材料拉伸断口处纤维拔出较少,多为纤维断裂破坏模式。本研究提出用纸张关键性能参数预测间位芳纶纸蜂窝芯材在高温环境下力学性能,预测值与实测值数据吻合较好;常温下,间位芳纶纸蜂窝芯材异面稳定压缩模量实测值与理论值偏差7.7%,与仿真值偏差1.8%;在175℃时,间位芳纶纸蜂窝芯材理论模型W向剪切模量实测值与理论值、仿真值偏差分别为12.5%和3.9%。

递进式凸轮加载的中等应变率实验技术

研制了一种可以实现多次加载的凸轮递进式中应变率压缩实验系统。该实验装置采用伺服电机驱动蓄能飞轮转动,后蓄能飞轮带动加载凸轮压缩加载杆的方法,实现对试样中应变率的压缩;同时在一级压缩即将结束时步进电机迅速推动蓄能飞轮贴近加载凸轮,实现多级压缩。试样的动态压缩载荷通过两侧杆上粘贴的应变片所记录的应变信号得到;试样变形过程通过激光干涉测速系统测得的试样两侧杆端的运动速度信号得到。以纸蜂窝试样为例,基于研制的中应变率实验系统,并结合高速摄影图片,研究了厚度10 mm、直径14.5 mm的纸蜂窝试样在应变率3.5 s^(−1)下的动态压缩力学性能,得到了单级压缩和两级压缩过程中纸蜂窝试样的应力-应变曲线和变形过程,并讨论了该实验系统的可靠性。此实验系统可以实现多级递进式中应变率加载;纸蜂窝试样在中等应变率下的峰值强度和平台应力对高应变率下的动态压缩实验数据和低应变率下的准静态实验数据进行了较好地衔接;试样的失效模式主要为准弹性变形后的外壁屈曲和面内剪切。

考虑结构因素的蜂窝纸板等效模型适用性研究

为提高蜂窝纸板的数值计算精度、适用不同规格蜂窝纸板等效模型选择,分析了不同等效模型对不同结构蜂窝纸板固有频率的对应等效精度。首先,对Reissner等效模型、Ekavall等效模型和三明治夹芯板模型分别进行有限元建模;其次,将等效板的模态分析与实验结果进行对比,分析不同胞元边长、厚度与芯纸克重对等效模型的精度影响;最后,总结这3个变量对不同模型计算精度的影响规律,在此基础上得到蜂窝纸板固有频率解析方程。结果表明:Reissner理论模型适用于厚度小于等于20 mm的蜂窝纸板;Ekavall等效模型整体精度最高,误差基本低于10%;三明治夹芯板模型在蜂窝纸板胞元边长为10 mm时精度最高;在胞元边长与厚度相同的情况下,芯纸克重对计算精度影响较小;所得解析方程的解析结果与实验结果对比误差在12.43%以内。该结论为蜂窝纸板的模型选取提供依据。

纸木蜂窝板面外静态压缩有限元仿真分析

目的探究纸木蜂窝板的压溃模式和单个蜂窝单元的变形失效模式,为纸木蜂窝板内部失效机制提供一定的理论基础。方法通过有限元仿真模拟,分析面外静态压缩得到变形云图、应力–应变云图和应力–应变曲线。结果纸木蜂窝板的受压过程分为4个阶段,应力集中分布在蜂窝芯层,最外侧的蜂窝最早出现变形且变形较大,随后中间区域的蜂窝逐步变形增大。蜂窝芯层在受压时存在至多1个应力峰,蜂窝壁弯曲折叠了1~2次,产生了1~2个塑性铰,并在此过程中吸收能量。结论纸木蜂窝板的压溃失效趋势为由外侧蜂窝向内部蜂窝,由单层壁向双层壁,由最弱的压溃点向其余位置。

烤烟蜂窝状纸钵育苗水肥供应方式研究

为明确烤烟蜂窝状纸钵育苗的水肥供应方式,以常规漂浮育苗为对照,开展了微喷和干湿交替2种水肥供应方式对烟苗生长发育的影响对比试验。结果表明:蜂窝状纸钵育苗干湿交替水肥供应方式下烟苗成苗期最长根长、最大叶长、最大叶宽、根冠比、总根长、根总表面积和根总体积显著大于对照常规漂浮育苗,增幅分别为68.85%、25.38%、23.08%、42.53%、87.52%、69.06%和52.12%。蜂窝状纸钵育苗微喷水肥供应方式成苗期烟苗叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量显著大于对照常规漂浮育苗,增幅分别为37.50%、31.58%和35.29%。综合耗水量、成苗期烟苗素质和还苗情况来看,干湿交替的水肥供应方式更适合烤烟蜂窝状纸钵育苗,也更适宜于烟苗生产。

铃形柔性芳纶纸蜂窝成型方法研究

通过对铃形柔性芳纶纸蜂窝孔格形成规律和成型工艺研究,得出在成型温度T_(3)℃、成型压力P_(3)MPa、涂胶速度v_(2)m/min时,可连续成型出型面规则的曲面芳纶纸。经过后续蜂窝制备后,得到的铃形柔性芳纶纸蜂窝性能满足赫氏相应规格要求。

开孔纸蜂窝芯层的面外静态压缩特性

针对双层侧壁开孔的纸蜂窝芯层的面外静态压缩特性,通过试验分析无孔和开孔纸蜂窝芯层在面外压缩量为85%时的压缩变形过程,研究相对湿度和圆孔直径对其强度性能的影响。基于蜂窝结构的对称性,利用两种基本单元模型,将面外受载的蜂窝胞壁视为无孔和开孔简支弹性薄板,推导出弹性屈曲临界应力和塑性屈曲平台应力的预测公式,结果表明理论计算与试验结果具有良好的一致性。结合纸基材的正交各向异性和纸蜂窝芯层的面外压缩特性,建立无孔、开孔纸蜂窝的有限元模型,仿真模拟蜂窝胞壁在弹性和塑性屈曲阶段的弯折变形演化过程,与静态压缩试验中所观察到的变形过程是一致的。

二次热处理对芳纶纸蜂窝高度变化趋势及影响因素分析

芳纶纸蜂窝片切后的端面会有纤维裸露,放置在环境中会造成蜂窝厚度变化,影响使用的精度。该文采用不同温度(90、120、150℃)对自制芳纶纸蜂窝进行烘干,研究烘干温度对不同孔格尺寸、纸张厚度蜂窝高度的影响。通过分析纸张的热收缩和环境处理后蜂窝高度方向变化探究尺寸收缩的原因。

活性炭滤纸的制备及其在空气净化中的应用研究

针对市售活性炭滤纸中活性炭含量低的问题,本研究从原料和制备工艺出发,探究了植物纤维的分丝帚化及涤纶短切纤维的添加对活性炭滤纸中活性炭留着率和物理性能的影响,并构建了具有特殊添加顺序的双元助留体系来协助活性炭粉末的留着,最终获得活性炭含量高达46.2%的高强度活性炭滤纸,其四氯化碳吸附值为34.0%。以室内空气净化为目标场景,本研究创新性地将活性炭滤纸设计制作成“瓦楞蜂窝”结构。该结构活性炭滤纸对5种室内常见气体表现出较好的去除效果,其中对乙酸和甲苯的去除率可达100%,对甲醛的去除率为65.2%。

国内外复合材料工艺设备发展述评之六——模压成型

本文分析了复合材料模压成型工艺所用设备的发展历程,指出其优缺点,并对今后发展提出建议。

芳纶纸结构性能及其对蜂窝力学性能的影响

芳纶纸是制作芳纶纸蜂窝的关键原材料,纸张的结构和性能对蜂窝的性能有着重要的影响。间位芳纶纸表面呈膜状,结构紧密,而对位芳纶纸结构相对疏松,浸渍树脂可以进入纸张内部。影响芳纶纸蜂窝模量最重要的纸张性能是浸渍树脂后纸张模量与厚度的乘积,即Est值。对应相同规格蜂窝,对位芳纶纸的Est值明显高于间位芳纶纸,蜂窝的压缩和剪切模量也较高。对位芳纶纸蜂窝的压缩和剪切强度也都高于间位芳纶纸蜂窝。

新型建筑蜂窝夹心板的生产工艺及应用

叙述了纸蜂窝心和蜂窝夹心板的生产工艺,纸蜂窝心的生产工艺包括涂胶、烘干、穿孔、剪切、迭合、加压固化、切条、拉伸定型,蜂窝夹心板的生产工艺包括浸胶、复合、固化、时效,介绍了研制产品的主要技术性能指标,隔音、隔热、阻燃、各种强度均可满足建筑要求,分析了其应用前景。

芳纶纸蜂窝力学性能与纸张性能相关性的研究

研究了芳纶纸蜂窝压缩模量E和剪切模量G与孔壁材料性能的相关性,并验证了Kelsey等提出的蜂窝压缩和剪切力学模型。结果表明,蜂窝孔壁材料的弹性模量与厚度的乘积Est是影响蜂窝平压模量的关键性能参数,Est值随着酚醛树脂上胶量的增加而增大,E也随着酚醛树脂上胶量的增加而增大;蜂窝孔壁材料剪切模量与厚度的乘积Gst是影响蜂窝剪切模量G的关键性能参数,Gst值随着酚醛树脂上胶量的增加而增大,G也随着酚醛树脂上胶量的增加而增大。

纸质结构型包装材料缓冲性能研究进展

综述了国内外瓦楞纸板、蜂窝纸板和纸浆模塑制品等纸质结构型缓冲包装材料结构缓冲的研究现状,并分别总结了上述材料国内外的研究侧重点:国内的研究多处于对现有材料的试验阶段;而国外则侧重于用力学理论基础知识来解释这些材料的力学性能,并用有限元软件对其力学模型进行仿真,该研究结果对于不同材质的结构型材料具有一定的普适性。在此基础上得出开发新型结构型材料,寻求普适性的缓冲性能表征方法是下一步研究的方向。