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蜂窝结构芯材的制造及蜂窝复合材料在飞机上的应用

发表时间:2022-03-25 14:56作者:徐俊峰
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      受自然蜂巢的启迪,人类长期研究和分析了自然蜂窝结构的特点,创造性地发明了各种蜂窝复合材料结构及其制品,它们有的用于新材料和新产品的研发,有的用来改善现有产品的特性,而有时还可以用来解决结构设计中面临的难题。


     在应用材料领域,蜂窝复合材料类似于连续排列的工字钢结构,以其极佳的抗压、抗弯特性和超轻型结构特征而闻名于世。当与同类型的实心材料相比时,蜂窝材料其强度重量比和刚性重量比在已知材料中均是最高的。

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      蜂窝结构芯材是依照仿生学的原理,用最少的材料创造了最强的几何结构,具有优良的抗压、抗弯等性能。蜂窝芯材是由特种纸或金属箔经上胶、叠层、压制、裁切、拉伸和定型而制成的、呈六角形蜂窝状结构的夹层(夹芯)材料。


      而蜂窝复合板材则是由蜂窝芯材经与各种面层材料复合而制成的各式各样的蜂窝复合夹层材料,它是一种由上下两层薄板、中间夹六角型的蜂窝状芯材、用胶粘剂胶接而制成的轻质、高强结构板材。


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      蜂窝结构板材具有许多优越的性能:从力学角度分析,封闭的六角等边蜂窝结构相比其它结构,能以最少的材料获得最大的受力,而蜂窝结构板受垂直于板面的载荷时,它的弯曲刚度与同材料、同厚度的实心板相差无几,甚至更高,但其重量却轻70-90%,而且不易变形,不易开裂和断裂,并具有减震、隔音、隔热和极强的耐候性等优点。


      在应用方面,蜂窝复合材料在航空航天领域得到了广泛的应用,一直以来都是航空、航天尖端工业青睐的优质结构材料。目前,世界上最大、最先进的商用客机—空客A380就大量采用了轻质的蜂窝复合材料,它是航空工业迄今为止建造的最为宽敞的,而且还是最先进的超大型商用飞机,为二十一世纪的航空工业树立了新的标准。

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      A380是空中客车第一次大范围在大型民用运输机上应用复合材料的飞机。其夹层结构方面,主要的创新是采用轻型蜂窝代替了原来使用的芳纶纸蜂窝。在A380上的典型应用包括腹部整流罩(超过300平方米)及飞机内部地板及各种内饰板材这类大尺寸结构件。




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