Композит сэндвич-структуры

В материаловедении композит с сэндвич-структурой представляет собой особый класс композитных материалов , который изготавливается путем прикрепления двух тонких, но жестких оболочек к легкому, но толстому сердечнику. Материал сердцевины обычно имеет низкую прочность, но его большая толщина обеспечивает сэндвич-композиту высокую жесткость на изгиб при общей низкой плотности .

с открытой и закрытой ячеистой структурой, Пенопласты такие как полиэфирсульфон , поливинилхлорид , полиуретан , пенополиэтилен или полистирол , пробковое дерево , синтаксические пенопласты и соты , являются обычно используемыми материалами сердцевины. Иногда сотовую структуру наполняют другими пенопластами для придания большей прочности. с открытыми и закрытыми порами металлическую пену В качестве основного материала также можно использовать .

ламинаты из стекловолокном или углеродным , армированных термопластов волокном, или, главным образом, термореактивных полимеров ( ненасыщенные полиэфиры , эпоксидные смолы В качестве обшивочных материалов широко используются листовой металл ...). В некоторых случаях в качестве материала обшивки также используется .

Сердечник прикрепляется к оболочкам с помощью клея или с помощью металлических компонентов путем пайки .

Схема собранного композитного сэндвича (А) и составляющих его лицевых листов или обшивок (В) и сотовой сердцевины (С) (альтернативно: пенопластовая сердцевина)

История

Ниже представлен краткий обзор важных разработок в области сэндвич-структур. ^{[ 1 ]}

230 г. до н. э. Архимед описывает законы рычагов и способ расчета плотности.
25 г. до н.э. Витрувий сообщает об эффективном использовании материалов в римских крыш . стропильных конструкциях
1493 Леонардо да Винчи открывает нейтральную ось и соотношение отклонения нагрузки при трехточечном изгибе.
1570 Palladio представляет ферменно- балочные конструкции с диагональными балками для предотвращения сдвиговых деформаций .
1638 Галилео Галилей описывает эффективность трубок по сравнению с цельными стержнями.
1652 г. Венделин Шильдкнехт сообщает о конструкциях из сэндвич-балок с изогнутыми деревянными балками, укрепляющими их.
1726 г. Якоб Леупольд документирует трубчатые мосты с крышами, нагруженными сжатием.
1786 Виктор Луи использует железные сэндвич-балки в галереях Пале-Рояля в Париже.
1802 г. Жан-Батист Ронделе анализирует и документирует эффект сэндвича в балке с распорками.
1820 г. Альфонс Дюло открывает и публикует момент инерции сэндвич-конструкций.
1830 г. Роберт Стивенсон строит локомотив «Планета» с использованием многослойной рамы из дерева, покрытого железом.
1914 г. Р. Хёфлер и С. Реньи патентуют первое использование сотовых структур в строительных целях.
1915 Хьюго Юнкерс патентует первые сотовые заполнители для самолетов.
1934 г. Эдвард Дж. Бадд патентует сварную стальную сотовую сэндвич-панель из гофрированных металлических листов.
1937 Клод Дорнье патентует сотовую сэндвич-панель, обшивка которой в пластичном состоянии впрессована в стенки ячеек сердцевины.
1938 г. Норман де Брюйне патентует структурное клеевое соединение сотовых сэндвич-конструкций.
1940 г. De Havilland Mosquito был построен из сэндвич-композитов; сердцевина из бальзы с фанерной обшивкой. ^{[ 2 ]}

Виды сэндвич-конструкций

Металлический композитный материал (МКМ) представляет собой тип сэндвича, образованного из двух тонких металлических слоев, соединенных с пластиковым сердечником в непрерывном процессе под контролируемым давлением, нагревом и напряжением. ^{[ 3 ]}

Переработанная бумага теперь также используется поверх сотового заполнителя из переработанной крафт-бумаги с закрытыми порами, создавая легкий, прочный и полностью перерабатываемый композитный картон. Этот материал используется для изготовления витрин для торговых точек, перегородок, офисной мебели, подходящей для вторичной переработки, выставочных стендов, перегородок для стен и террасных досок. ^{[ 4 ]}

Для крепления различных панелей, среди других решений, обычно используется переходная зона, которая представляет собой постепенное уменьшение высоты сердцевины до тех пор, пока две оболочки волокон не соприкоснутся. В этом месте фиксация может производиться с помощью болтов, заклепок или клея.

В зависимости от типа сердцевины и способа, которым ядро поддерживает оболочки, сэндвич-структуры можно разделить на следующие группы: с однородной опорой, с локальной опорой, с региональной опорой, с однонаправленной опорой, с двунаправленной опорой. ^{[ 5 ]} Последняя группа представлена сотовой структурой , которая благодаря оптимальному соотношению производительности и веса обычно используется в наиболее требовательных приложениях, включая аэрокосмическую промышленность .

Свойства сэндвич-конструкций

Прочность композиционного материала во многом зависит от двух факторов:

Наружные обшивки: если сэндвич поддерживается с обеих сторон, а затем подвергается напряжению посредством направленной вниз силы в середине балки, то изгибающий момент создаст в материале силы сдвига. Силы сдвига приводят к растяжению нижней обшивки и сжатию верхней обшивки. Основной материал разделяет эти две оболочки. Чем толще материал сердцевины, тем прочнее композит. Этот принцип работает во многом так же, как и двутавровая балка . ^{[ 6 ]}
Интерфейс между сердцевиной и оболочкой. Поскольку напряжения сдвига в композитном материале быстро изменяются между сердцевиной и оболочкой, клейкий слой также испытывает некоторую степень сдвигающей силы. Если клеевое соединение между двумя слоями слишком слабое, наиболее вероятным результатом будет расслоение. Нарушение интерфейса между обшивкой и ядром является критическим и наиболее распространенным видом повреждения. Склонность этого повреждения к распространению через границу раздела или проникновению в обшивку или сердцевину определяется сдвиговой составляющей. ^{[ 7 ]}

Применение сэндвич-конструкций

Сэндвич-конструкции могут широко использоваться в сэндвич-панелях различных типов, таких как сэндвич-панели из FRP, алюминиевые композитные панели и т. Д. Композитная сотовая панель из FRP, армированная полиэстером (сэндвич-панель), изготовлена из армированного полиэфиром пластика, многоосного высокопрочного стекловолокна. и сотовая панель из ПП в специальной противоскользящей форме с рисунком протектора в процессе вакуумной адсорбции, агглютинации и затвердевания при постоянной температуре.

Теория

Теория сэндвича ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} описывает поведение балки , пластины или оболочки , состоящей из трех слоев — двух лицевых листов и одного сердечника. Наиболее часто используемая сэндвич-теория является линейной и является расширением теории пучков первого порядка . Теория сэндвича с линейным локальным выпучиванием имеет важное значение для проектирования и анализа сэндвич-панелей или сэндвич-панелей , которые используются в строительстве зданий, автомобилестроении, самолетостроении и холодильной технике.

См. также

Ссылки

^ EconHP Holding – История без Flash /index.php. Архивировано 18 июля 2011 г. на Wayback Machine . Econhp.de. Проверено 6 сентября 2012 г.
^ Катлер, Джон Генри; Коппель, Иван; Либер, Джереми (10 февраля 2006 г.). Понимание конструкции самолетов . Блэквелл Паблишинг Лимитед. п. 14. ISBN 1-4051-2032-0 .
^ Фланаган, Джим (2007). «Сфера строительных возможностей, создаваемая MCM и изолированными металлическими панелями» . Новости металлостроения . 28 (10).
^ «Настил из ДПК» (на немецком языке). 1 января 2023 г.
^ «Классификация сэндвич-панелей (по типу сердцевины)» . EconCore.com . Проверено 7 октября 2014 г.
^ Гир, Джеймс М. (2004). Механика материалов . Томсон Брукс/Коул. стр. 393–463. ISBN 0-534-41793-0 .
^ Сасиндран, Вишну (2017). Характеристика разрушения и анализ несвязанных сэндвич-композитов . Технический университет Дании. ISBN 978-87-7475-524-1 .
^ Плантема, Ф. Дж., 1966, Сэндвич-конструкция: изгиб и коробление сэндвич-балок, пластин и оболочек , Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк.
^ Ценкерт, Д., 1995, Введение в сэндвич-конструкцию , Engineering Materials Advisory Services Ltd, Великобритания.

Внешние ссылки

SandwichPanels.org - Информация о композитной сэндвич-структуре
Справочник по сэндвичам Диаб
Технология проектирования сотового сэндвича
Материалы для сердцевины сэндвича из инженерной древесины . Информация о структуре композитного сэндвича.
[1] - Применение алюминиевой сотовой сэндвич-панели в качестве поглотителя энергии в носовой части высокоскоростного поезда.

[1] EconHP Holding – История без Flash /index.php. Архивировано 18 июля 2011 г. на Wayback Machine . Econhp.de. Проверено 6 сентября 2012 г.

[cutler-2] Катлер, Джон Генри; Коппель, Иван; Либер, Джереми (10 февраля 2006 г.). Понимание конструкции самолетов . Блэквелл Паблишинг Лимитед. п. 14. ISBN 1-4051-2032-0 .

[3] Фланаган, Джим (2007). «Сфера строительных возможностей, создаваемая MCM и изолированными металлическими панелями» . Новости металлостроения . 28 (10).

[4] «Настил из ДПК» (на немецком языке). 1 января 2023 г.

[5] «Классификация сэндвич-панелей (по типу сердцевины)» . EconCore.com . Проверено 7 октября 2014 г.

[Gere-6] Гир, Джеймс М. (2004). Механика материалов . Томсон Брукс/Коул. стр. 393–463. ISBN 0-534-41793-0 .

[7] Сасиндран, Вишну (2017). Характеристика разрушения и анализ несвязанных сэндвич-композитов . Технический университет Дании. ISBN 978-87-7475-524-1 .

[Plantema-8] Плантема, Ф. Дж., 1966, Сэндвич-конструкция: изгиб и коробление сэндвич-балок, пластин и оболочек , Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк.

[Zenkert-9] Ценкерт, Д., 1995, Введение в сэндвич-конструкцию , Engineering Materials Advisory Services Ltd, Великобритания.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]