太子城站钛锌蜂窝板芯层结构高温加速老化试验研究
蜂窝板结构由上下两层面板和中间一层蜂窝芯组合而成,具有整体质量轻、强度高、刚度大等特点,被广泛应用于航空航天、船舶、汽车和建筑领域.由于常用的蜂窝板芯层结构采用胶黏剂连接,胶黏剂的性能对其力学性能影响较大,尤其是胶黏剂的老化对蜂窝板结构性能影响尚不明确.而蜂窝板常被用于建筑外表面,长时间受到外环境影响,对其耐久性提出了很大的考验.结构耐久性评价指标通常需要根据不同的使用要求进行设定,蜂窝板结构根据不同的工作条件关注的对象也不相同,其中力学性能是一个很重要的评价指标,需重点关注蜂窝板的平压强度.主要对钛锌蜂窝板芯层结构进行高温加速老化试验,通过对平压强度变化评价其耐久性.首先根据工程要求的设计使用年限,设定预期寿命为0,25,30 a,并基于阿累尼乌斯方程推导温度变化的反应速率变化公式,从而推导高温加速老化时间.选取典型的4家厂家提供的60 mm×60 mm×20 mm蜂窝芯标准试件,将其分别按照预期寿命0,25,30 a分组并进行高温加速老化,每组预留1个试样仅加速老化不进行准静态压缩,其余各组进行准静态压缩试验,逐件测试试样的准静态压缩力,记录载荷特性曲线,读取压溃荷载,记录压溃形式.分析试样老化后平压强度与峰值强度,与老化前同批次试样对应数值对比,设定老化后试样与同规格件老化前控制指标偏差超过±15％,进行偏差性分析.试验结果表明:蜂窝芯层在平压过程中经过弹性变形、塑性变形和失稳三个阶段.弹性变形阶段Ⅰ:在荷载-位移曲线上为斜直线,蜂窝芯呈现弹性变形.塑性变形阶段Ⅱ:蜂窝芯壁板间发生脱胶脆裂,出现塑性屈曲变形,平压强度迅速降低.失稳阶段Ⅲ:随着加载继续,壁板间约束失效,蜂窝芯逐渐被压合,且周边蜂窝结构逐渐破坏,当结构被压合后,平压强度维持在一个相对较低的平台上.分析表明:4个厂家的蜂窝板在老化年限为30 a以内,平压强度变化范围均没有超过设定的±15％的指标偏差,耐久性表现良好.当蜂窝芯排布更密实时,平压强度提高较为明显,同时平压后整体试件表现更好,能基本保持方形.随着老化时间的提高,蜂窝板的平压强度总体上呈现下降趋势,在老化年限25 a内,各系列强度下降较小,且有部分系列强度甚至提高,设计使用年限定为25 a较为合理.由于不同厂家的产品因胶黏剂成分和制备方法的差异,不同厂家的力学性能表现差异较大.分析方法和试验结果论证了蜂窝芯层结构在实际使用前的使用寿命预测的必要性和可行性.
蜂窝板、耐久性、准静态压缩、平压强度
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中国铁路总公司科技研究开发计划课题P2018G006
2020-10-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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