Page 18 - 理化检验-物理分册2022年第十一期

王树宏, 等: 太阳翼蜂窝夹层结构上蒙皮热变形的影响因素

降温时, 蜂窝夹层结构上蒙皮的变形受到自身变形、
铝蜂窝和发泡胶等因素的影响, 同时碳纤维 / 铝蜂窝
复合材料具有非均匀、 各向异性的性质, 与一般金属
材料相比, 其力学性能要复杂得多 [ 2 ] 。因此, 研究降
温条件下蜂窝夹层结构上蒙皮的热变形具有十分重
要的意义。
目前国内外学者对碳纤维 / 铝蜂窝夹层结构进
行了大量研究, 丁延卫等 [ 3 ] 以某卫星的碳纤维 / 铝蜂
窝太阳翼蜂窝夹层结构为研究对象, 对碳纤维层合
板和铝蜂窝心部的弹性常数和热膨胀系数进行等效 图 1 蜂窝夹层结构示意
计算, 发现面板铺层材料特性对基板的热变形影响
很大, 在建立分析模型时, 不能将其等效为各向同性
的均匀材料。张弘弛 [ 4 ] 基于反射器实际装配条件,
建立了全尺寸反射器有限元模型, 发现反射器工作
面装配的埋块和紧固件能够有效减小工作面变形,
采用精度拟合的方法得到了全尺寸反射器型面精度
的均方差, 说明了该反射器具有良好的抵抗热变形
能力和较高的型面精度。李贤冰等 [ 5 ] 分析了三明治
夹心板理论、 Hoff等刚度理论、 改进的 Allen 理论
及蜂窝夹层结构理论的等效原理, 并与实体单元建
立的蜂窝夹层板进行比较, 研究了 4 种等效方法的
静力学和动力学等效精度, 为蜂窝夹层结构等效方
法的选取提供参考。
蜂窝是一种多孔的不连续材料, 将蜂窝等效为
均匀材料不能体现其局部性能 [ 6 ] 。针对实际铝蜂窝
夹层结构, 笔者采用有限元软件进行仿真分析, 研究
了蜂窝区域和压紧衬套区域对蜂窝夹层结构上蒙皮
变形的影响, 并通过试验验证了仿真分析结果的正
确性, 为后续蜂窝夹层结构的设计提供了理论基础。
图 2 蜂窝夹层板的蜂窝区域和压紧衬套区域结构示意
1 试验材料及制备方法
1.1 试验材料
太阳翼蜂窝夹层主要由上、 下碳纤维网格面板与
蜂窝心部胶接而成, 板内胶接压紧衬套 , 正面黏贴聚
[ 7 ]
酰亚胺薄膜, 以保证电池片与蜂窝夹层结构本体绝缘
( 见图1 )。蜂窝夹层板的蜂窝区域和压紧衬套区域结
构如图2所示, 蜂窝区域的铝蜂窝厚度为22mm , 压紧

衬套采用钛合金制成, 压紧衬套与铝蜂窝的交界区域
填充了发泡胶。蜂窝夹层碳纤维网格面板的铺层方向

为0° 和90° , 单层碳纤维厚度为0.1mm , 碳纤维网格面 图 3 碳纤维网格面板结构示意
板与铝蜂窝之间用胶膜连接( 见图3 )。 面板, 碳纤维网格面板和聚酰亚胺薄膜材料的性能
1.2 制备方法 参数[ 如弹性模量( E )、 泊松比( υ )、 剪切模量( G ) 和
选取 M55J型碳纤维( 二氨基缩水甘油型二苯 热膨胀系数( α ) 等] 如表 1 所示, 其中聚酰亚胺薄膜
基甲烷环氧树脂 + 二氨基二苯砜) 制备碳纤维网格 厚度为 0.05mm 。

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