4.2. Многослойные материалы и конструкции с сотовыми заполнителями [38,60,63,65,69,200-214].

Многослойные конструкции позволяют эффективно решать проблему весового совершенства конструкций многофункционального назначения, прежде всего, силовых конструкций. Чаще всего они являются 3-х слойными (.для решения специальных задач, например, в радиопрозрачных антенных обтекателях, они могут быть 3-х, 5-ти, 7-ми слойными) и состоят из оболочек, расположенных между ними заполнителей, разделяющих несущие оболочки и распределяющих нагрузки между ними, и адгезионных слоев, связывающих оболочки с заполнителем и передающих нагрузку от заполнителя к оболочкам и обратно. Такие конструкции рассматривают как двутавровую балку, одна из горизонтальных полок пластин которой работает на сжатие, а другая - на растяжение. Заполнитель, связывающий оболочки, аналогичен вертикальной полке балки, работает на сдвиг и повышает изгибную жесткость структуры, но в противоположность двутавру, основным его назначением является обеспечение опоры для разнесенных оболочек.

Несущие оболочки конструкций обеспечивают жесткость при изгибе и сдвиге в плоскости пластин и передачу нагрузок в той же плоскости. Заполнитель придает устойчивость несущим поверхностям и обеспечивает передачу сдвиговых нагрузок по толщине конструкции.

Для конструкций с заполнителем при действии внешних нагрузок характерна совместная работа всех составных элементов конструкций. Заполнитель воспринимает поперечное сжатие и поперечный сдвиг и предохраняет тонкие несущие слои от местной и общей потери устойчивости, обеспечивая в то же время их совместную работу и высокую жесткость. Несущие слои воспринимают продольное растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг в плоскости панели и предохраняют от внешнего воздействия относительно слабый заполнитель, очень чувствительный к сосредоточенным нагрузкам. Такое сочетание и взаимодействие составных элементов конструкции с заполнителями обеспечивает большую жесткость и высокую несущую способность при сравнительно малой массе этих конструкций. В могослойных конструкциях заполнители обеспечивают функцию разнесения оболочек от центральной ( нейтральной при изгибе) плоскости для увеличения момента инерции сечения и как следствие существенного повышения жесткости и прочности конструкции.Для решения вопросов оптимизации весовых, упругопрочностных, специальных свойств в качестве заполнителей используют пеноматериалы фенопласты, пенометаллы, пенокерамика, пеноуглеродные материалы), гофры, сетчатые « тетра»- конструкции, трубчатые заполнители (рис.47).

Наибольшее применение в качестве заполнителей, обеспечивающих разнесение оболочек, получили сотовые заполнители, в том числе, сотопласты на основе реакто- и термопластов, углеродные, керамические и металлические соты . Существенный прогресс в решении проблемы весового совершенства конструкции достигнут после разработки полимерных сотопластов (ПСП, Nomex) . Сотовые материалалы, наряду с использованием в ТСК с требуемым уровнем упругопрочностных свойств, обеспечивают конструкциям тепло, звукоизоляцию, радиопрозрачность или, в зависимости от состава,радиопоглощение. Их использование является одним из основных направлений при разработке конструкций многофункционального назначения.

Применение сотовых конструкций обусловлено их существенными преимуществами перед однослойными. Для них характерна большая удельная прочность, высокая жесткость и устойчивость при продольном сжатии, высокая усталостная прочность, особенно в зонах с повышенными акустическими нагрузками, невысокая трудоемкость при проектировании сборочных узлов за счет уменьшения числа стыков и опорных элементов в конструкции, повышенные тепло- и звукоизоляционные свойства.