نحوه کارکرد ساندویچ پانل

برای پی بردن به نحوه کارکرد ساندویچ پانل باید اجزای تشکیل دهنده آن را بررسی نماییم.

ساندویچ پانل یک ساختار کامپوزیت مهم در برنامه های هوافضا و همچنین در اتومبیل های با کارایی بالا ، قایق ها و توربین های بادی می باشد . به طور معمول یک ساندویچ پانل از یک هسته داخلی با چگالی کم تشکیل شده است که توسط دو پوسته بیرونی محکم بسته شده است ، همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است ، جایی که کل مونتاژ با نوعی چسب ساختاری در کنار هم قرار گرفته است (شکل ۲). پوسته های خارجی معمولاً از الیاف کربن سفت یا آلومینیوم ساخته می شوند .

پوسته خارجی ساندویچ پانل

شکل ۱

اجزای تشکیل دهنده ساندویچ پنل

شکل ۲

هسته داخلی به طور معمول یک لانه زنبوری Nomex یا فلزی یا یک فوم سلول باز یا بسته می باشد . Nomex یک پلیمر مانند نایلون است که در برابر شعله مقاوم است و می تواند به صورت ورق کاغذی تولید شود . Nomex به دلیل ایمنی زیاد در صورت آتش سوزی ، برای فضای داخلی کابین های هواپیما مانند تابلو های کف انتخاب بسیار خوبی است . چندین ورق کاغذ Nomex را می توان در بالای یکدیگر قرار داد و در نقاط گره با چسب به هم چسباند . سپس این ورقه بزرگ را می توانید به نوار های کوچکتر برش داده و گسترش دهید تا یک برگه از لانه زنبوری Nomex تشکیل شود .

مزایای استفاده از ساندویچ پانل

سازه های مختلف در هواپیما در معرض فشارهای بسیاری قرار دارند . در نظریه خمکاری خالص ، فرض می شود که ساختار در این لحظه با تغییر خطی فشار از طریق ضخامت آن مقاومت می کند . بنابراین ، حداکثر تنش در سطوح بالا و پایین رخ می دهد ، یکی فشرده سازی و دیگری کششی ، در حالی که فشار در وسط صفحه تقریبا صفر است . این مکان بدون فشار ، محور خنثی نامیده می شود . برای خم شدن خالص ، محور خنثی همیشه در قسمت مرکزی سطح مقطع قرار دارد .

با این حال ، این تنوع خطی از فشار بسیار کارآمد نیست زیرا سطح مقطع پرتو دارای مقاومت یکسان در برابر فشار نیست ، یعنی می تواند کارآمدتر باشد اگر کل سطح مقطع به طور مداوم با فشار متوسط ​​بارگیری شود تا فشار خارج گردد . یکی از روش های بهبود طراحی ، برش مواد نزدیک به محور خنثی به منظور کاهش جرم ساختاری همانطور که در شکل ۵ نشان داده شده است . برای صرفه جویی در وزن ، بخش داخلی را با ماده ای متراکم تر و در نتیجه سبک تر (و به طور کلی ضعیف تر) جایگزین می کنند .

کاهش جرم ساختاری ساندویچ پانل

شکل ۵

مهمترین مزیت ساخت ساندویچ پانل در مقایسه با طراحی سوراخ شعله ور این است که هسته ، پوسته های سفت بیرونی را جدا می کند و آن ها را تا حد ممکن دور از محور خنثی قرار می دهد .

یکی دیگر از مزایای استفاده از پانل های ساندویچ این است که در واقع تنش های خم مستقیم را در ورق های صورت متمرکز می کند . این امر به این دلیل است که وقتی یک ساختار تغییر شکل می دهد ، بار همیشه نسبت به سختی قسمت های مختلف توزیع می شود . به عنوان مثال ، هنگامی که دو چشمه به طور موازی تنظیم شده و در یک انتها توسط یک تسمه ثابت می شوند و در انتهای دیگر توسط همان پسوند x جابجا می شوند .

تنش خم مستقیم ساندویچ پانل

این معادل اتفاقی است که در پرتو ساندویچ پانل ها رخ می دهد . از آنجایی که ورق های صورت دارای مدول های بسیار بالاتر از هسته با چگالی کم است ، در خم کردن اکثریت بارهای خمشی مستقیم توسط ورق  گرفته می شوند . این بدان معناست که توزیع تنش دیگر به طور مداوم به عنوان یک ماده ایزوتروپی در شکل ۴ به صورت خطی نیست ، اما در حقیقت به صورت پراکنده خطی و ناپیوسته در واسطه است .

شکل ۴

البته در مورد استفاده از پانل های ساندویچ نیز مشکلات زیادی وجود دارد . به عنوان مثال هنگام استفاده از هسته های لانه زنبوری شکل دادن اشکال منحنی پیچیده با استفاده از شکل ماتریس شش ضلعی استاندارد بسیار سخت می باشد . دلیل آن این است که لانه زنبوری دارای مقادیر بسیار بالایی از نسبت پواسون است به گونه ای که اثرات خمیدگی ضد لخته شدن در خمش کاملاً برجسته است . این بدان معناست که وقتی لانه زنبوری خم شده به یک شکل خاص خم شود ، در جهت عمود خمیدگی مخالف شکل خواهد گرفت تا شکل زین شکل بگیرد .

به طور خلاصه ساندویچ پانل ها شامل موارد زیر هستند :

دو ورق سفت و سبک که عمدتاً از فشار درون هواپیما و بارهای آن جلوگیری می کنند .

یک هسته با چگالی کم که بارهای برشی عرضی را به خود می گیرد و صفحات را به دلیل سختی زیاد خم می کند .

یک چسب که کل ساختار را در کنار هم نگه داشته و بارهای برشی را به هسته منتقل می کند و پوسته ها را در محل صحیح نگه می دارد .