Page 20 - 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

轴) 膨胀( 纤维束沿纤维方向热膨胀系数为负), 90° 碳
纤维沿纤维主轴方向( x 轴) 收缩( 纤维束沿垂直纤维
方向热膨胀系数为正), 并且90° 碳纤维在0° 碳纤维上
方, 0° 碳纤维有上凸趋势, 减小了 0° 碳纤维的向下变
形量, 90° 碳纤维有下凹趋势, 增加了 90° 碳纤维的向
下变形量, 所以90° 碳纤维的法向变形量大于 0° 碳纤
维的法向变形量。
3.2 压紧衬套区域
在上述蜂窝区域的约束条件下, 将加热温度由
图 7 压紧衬套区域的边界条件示意
130 ℃ 降为 20 ℃ , 然后对压紧衬套区域的热变形情
上蒙皮比下蒙皮多一层聚酰亚胺薄膜, 故蜂窝夹层
况进行仿真分析, 结果如图 10 所示。
的上、 下结构不对称, 降温时, 蜂窝夹层结构朝上蒙
皮方向发生翘曲。

图 10 压紧衬套区域热变形的仿真分析结果
为研究不同材料对蜂窝夹层结构热变形的影
图 8 蜂窝区域热变形的仿真分析结果
, ( 见图 10 ) 分别提取上蒙
响, 依据线路 C 1 D 1 C 2 D 2
为研究碳纤维铺层方向对上蒙皮热变形的影响, 皮中分布于压紧衬套、 发泡胶以及铝蜂窝的 0° 碳纤
, ( 见图 8 ) 分别提取局部 0° 碳纤
依据线路 A 1 B 1 A 2 B 2 维与 90° 碳纤维, 统计不同位置上的法向变形量, 结
维( 内侧纤维) 和 90° 碳纤维( 外侧纤维), 统计不同位 果如图 11 所示。由图 11 可知: 0° 碳纤维与 90° 碳纤
置上的法向变形量, 结果如图 9 所示。由图 9 可知: 维在发泡胶与铝蜂窝交界区域的法向变形量最大,

0° 碳纤维的最大变形量为 0.0198mm , 90° 碳纤维的 分别约为 0.0201 , 0.0237 mm , 与压紧衬套处的阶

最大变形量为0.0232mm , 与两者碳纤维节点的变形 差分别为 0.0192 , 0.0227 mm ; 铝蜂窝的碳纤维节

量分别相差0.0018 , 0.0050mm , 说明碳纤维的铺层 点与 0° 碳纤维, 90° 碳纤维的阶差分别为 0.0020 , 0.

方向对蜂窝夹层板上蒙皮热变形有一定影响。降温 0050mm , 两个方向的阶差与之前蜂窝区域的分析

过程中, 碳纤维主要受铝蜂窝和聚酰亚胺薄膜影响, 结果一致, 证明了蜂窝区域上蒙皮热变形仿真分析
向内收缩。碳纤维的各向热膨胀系数不同, 在碳纤维 结果的正确性。随着温度降低, 整个蜂窝夹层结构
节点处, 随着温度降低, 0° 碳纤维沿纤维主轴方向( x 向内收缩, 法向变形量为负。因发泡胶的法向刚度
小于压紧衬套与铝蜂窝的法向刚度, 热膨胀系数大
于压紧衬套与铝蜂窝的热膨胀系数, 所以三者交界
区域以发泡胶的变形为主。当温度降低时, 发泡胶
向内收缩, 发泡胶区域的法向变形量最大, 故上蒙皮
碳纤维的法向变形量随着远离压紧衬套先变大后
变小。
综上所述, 碳纤维的铺层方向对蜂窝夹层结构
上蒙皮热变形有一定影响, 但发泡胶与铝蜂窝交界
图 9 蜂窝区域 0° 碳纤维和 90° 碳纤维的法向变形量变化曲线 区域对上蒙皮热变形的影响更大。
4