类蜂窝和六边形蜂窝夹芯等效力学参数对比与仿真

本文提出了相同等效密度这一条件下进行类蜂窝及六边形蜂窝夹芯结构等效力学参数对比分析的方法,这一方法将有利于工业中对填充材料类型的选取.基于能量法对类蜂窝夹芯结构和六边形蜂窝夹芯结构共面等效力学参数进行推导,并利用有限元法对类蜂窝夹芯结构和六边形蜂窝夹芯结构进行仿真分析,验证了理论推导公式的准确性.仿真结果显示在相同等效密度下,六边形蜂窝夹芯结构在x,y,z三方向的等效弹性模量均高于类蜂窝夹芯结构,但其等效力学性能随胞元边长变化时的稳定性低于类蜂窝夹芯结构,该对比方式为不同类型蜂窝夹芯结构的选取提供了参考.     

基于能量法不同壁厚类蜂窝共面力学性能研究

基于三明治蜂窝夹层板理论,运用能量法对等壁厚和双壁厚类蜂窝夹芯结构的共面等效力学特性进行研究,推导类蜂窝夹芯结构的共面等效弹性常数的计算公式,同时通过实例对比分析等壁厚与双壁厚类蜂窝夹芯的共面等效弹性参数.研究结果表明:运用采用能量法与改进Gibson公式得到的共面等效弹性常数的计算公式结果一致,进一步验证了类蜂窝胞元等效模型的正确性,以及能量法推导过程的合理性;同时从不同壁厚类蜂窝力学特性对比中可以看出,随胞元壁厚与胞元边长之比逐渐增大,等壁厚与双壁厚类蜂窝的共面等效弹性参数差别也越来越大,该结论为进一步研究由不同壁厚蜂窝夹芯构成的蜂窝夹层结构的整体力学性能提供了参考.     

新型类方形蜂窝夹芯结构泊松比研究

在用经典方法推导的六边形蜂窝夹芯的等效弹性常数中,代入了类方形蜂窝特征结构参数,得到了与前述两种方法推理同样的结果,证明了类方形蜂窝结构是六边形蜂窝结构的演变体.分析了经典蜂窝理论公式中的等效泊松比及其随胞元特征角的变化规律.对比六边形蜂窝结构(正泊松比)和内凹六边形蜂窝结构(负泊松比),根据结构变化的连续性证明了类方形蜂窝夹芯结构在面内两个特定方向上泊松比为零.分析了夹芯结构泊松比为零的理论意义和物理意义.这其中,发现了蜂窝夹芯结构的泊松比存在等于零的现象.     

卫星夹层结构夹芯层力学性能分析与数值模拟

由于高强、质轻的特点,夹层结构材料在工程领域得到了广泛的应用.本文对卫星夹层结构所采用的蜂窝夹芯进行力学性能分析,推导出六边形蜂窝夹芯结构的等效弹性常数;并选取某型号卫星蜂窝夹芯结构,对其进行数值模拟研究.通过对比理论计算和数值模拟结果,验证了等效弹性参数公式的正确性,可作为卫星蜂窝夹芯结构的优化设计的理论依据.     

NOMEX蜂窝芯等效弹性模量的非线性分析

提出了NOMEX蜂窝芯材料基于磁场和摩擦吸附原理的固持方法. 固持过程中，为了提高铁粉的填充效率，采用了固定有限区域的方法，而非填充区域蜂窝芯受到铣削力的作用，蜂窝面发生变形，产生过切. 为了控制蜂窝变形不超过工程允许误差，需要对蜂窝芯力学性能进行分析. 将蜂窝芯零件高速铣削过程中的变形归属于薄板大挠度变形问题，得出了具有非线性响应的蜂窝芯材料等效面内弹性模量，克服了线性分析导致的误差. 针对方向舵蜂窝芯的实际加工结果表明，利用具有非线性响应特征的等效面内弹性模量进行铁粉填充优化，可以减少70％的铁粉填充面积，同时，加工精度达到了±0.1mm.     

超轻多孔类蜂窝夹心结构创新构型及其力学性能

通过优化排列六边形和四边形夹心胞元,以六边形和四边形的组合设计胞元结构,提出了类蜂窝夹层结构的概念并对其进行了创新构型;基于Gibson提出的胞元理论,建立了类蜂窝夹心结构力学等效模型,并推导出了等效模型的等效弹性常数公式。以卫星结构的蜂窝夹层板作为应用实例,对类蜂窝和正六边形蜂窝夹心结构的等效力学常数进行了计算对比,结果表明:两者的等效弹性模量近似相等,然而类蜂窝夹心结构的等效剪切模量却有较大提高,同时等效密度更小,可有效减小结构的质量。对卫星结构类蜂窝夹心结构进行了数值模拟研究,验证了类蜂窝夹心结构力学等效模型的正确性。     

介质蜂窝等效电磁性能数值仿真分析研究

针对规则周期性介质蜂窝夹芯结构材料介电性能的等效计算,提出采用有限元数值仿真和反演计算的方法分析研究不同构型介质蜂窝单胞的几何参数对其等效介电性能的影响规律,并探讨了周期性介质蜂窝单胞的尺寸效应对介质蜂窝的等效介电性能的影响,数值结果表明周期性介质蜂窝结构材料的等效介电性能在面内具有明显的尺寸效应,随着介质蜂窝单胞数目的无限增大,介质蜂窝的等效介电性能将趋于一个均匀化值．     

铝蜂窝面外压缩行为的尺寸效应研究

对7种不同面内尺寸(细胞个数)的商用六边形铝蜂窝进行了加载速率在6 mm/min的面外单轴压缩试验,以此来确定尺寸效应对蜂窝结构五个重要力学参数(曲线模量Ecurve、弹性模量Eunload、初始坍塌应力σpeak、密实化应变εD、平台应力σpl)的影响,并对各尺寸试样的曲线模量均值和弹性模量均值进行了比较。实验结果表明:曲线模量均大于弹性模量,初始线性加载过程中存在塑性变形。试样尺寸对初始坍塌应力有明显的影响,而其它四个力学参数没有明显的尺寸效应。为了获得蜂窝结构稳定的力学参数,蜂窝试样面内尺寸至少应大于N=11×11。     

高度方向尺寸对铝蜂窝面外力学性能的影响

对10种不同高度的正六边形商用铝蜂窝进行了加载速率为6 mm/min的面外单轴压缩实验,以此来确定高度方向的尺寸对铝蜂窝力学性能(曲线模量、弹性模量、峰值应力、平台应力以及密实化应变)的影响,并对各尺寸试样的力学性能进行了比较。实验结果表明:铝蜂窝试样高度方向的尺寸对其峰值应力、以及平台应力几乎没有影响,但是密实化应变和弹性模量对蜂窝试样的高度方向的尺寸是敏感的,并且均随H/d增大而增大,对于密实化应变在H/d3.46时趋于稳定,而高度尺寸直到H/d4.16对弹性模量的影响才消失。其中H为蜂窝试样高度方向的尺寸,d是蜂窝细胞的尺寸。为了获得铝蜂窝结构稳定的力学参数,蜂窝试样高度尺寸与其胞元尺寸的比值至少应大于4.16。     

基于Python的含凹坑缺陷蜂窝夹芯结构参数化建模及应用

凹坑缺陷是蜂窝夹芯结构中常见的缺陷之一,其有限元建模是对蜂窝夹芯结构开展数值仿真的难点之一。基于Python对ABAQUS进行二次开发,创建了无缺陷蜂窝夹芯结构建模插件和含凹坑缺陷蜂窝夹芯结构建模插件,该插件能够实现含凹坑缺陷蜂窝夹芯结构的参数化有限元建模。利用上述插件研究了凹坑缺陷关键参数对蜂窝夹芯结构固有频率和临界失稳载荷的影响规律,结果表明蜂窝夹芯结构的前两阶固有频率和一阶临界失稳载荷均随凹坑直径的增大而降低,也均随凹坑深度的增大而降低。     

类方形蜂窝夹芯结构力学性能研究

为了证明类方形蜂窝结构与六边形蜂窝结构之间的关系,将类方形蜂窝夹芯结构分解为特有的T字形胞元,应用Euler梁原理和能量法分别推导了T字形胞元模型的等效弹性常数公式。同时,在用经典方法推导的六边形蜂窝夹芯的等效弹性常数公式中,代入了类方形蜂窝结构的特征参数,得到了与前述2种方法相同的结果,证明了类方形蜂窝是六边形蜂窝的演变体,指出了这2个经典蜂窝公式存在的局限性和应用范围,由类方形蜂窝的结构特征,发现经典蜂窝理论公式在特征角等于零或零附近的值是奇异和不准确的。研究结果对蜂窝结构力学性能相关理论的后续研究和完善有着重要的参考价值。     

风电罩壳设计中夹芯材料的力学响应表征

风电复合材料叶片和机舱罩通常采用三明治夹心结构来提高产品的刚度和稳定性。以4点弯曲夹芯梁为例,分别采用壳单元、壳单元和三维单元对其进行模拟分析,并与实验结果进行比较。结果显示,综合使用二维单元和三维单元的模拟结果与理论结果吻合得很好,表明该方法能更准确地模拟夹芯结构的力学行为,是设计复合材料夹芯结构时的理想模拟方法。     

泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏模式分析

为了提高波纹夹芯结构作为高铁车厢或油罐车罐体容器外壳在面内压缩载荷下的结构稳定性,提出了在波纹芯体空隙中填充聚酯泡沫的设想,理论研究了泡沫填充波纹夹芯梁的面内压缩破坏行为,同时对面内压缩破坏进行了数值有限元验证。泡沫填充波纹夹芯梁面内压缩下的主要破坏模式为宏观弹塑性屈曲、面板弹塑性起皱2种模式。结合宏观尺度上芯体的均匀化等效弹性常数,建立宏观屈曲破坏的理论模型;将泡沫等效为Winkler弹性基,建立面板起皱破坏的理论模型。对304不锈钢波纹夹芯板和Rohacell 51泡沫填充材料,构建结构的破坏模式图,有限元计算结果从破坏模式和临界载荷2个方面验证了理论预测的可靠性。在此基础上,对泡沫填充波纹夹芯结构进行质量最小优化设计,获得结构的最优化几何尺寸。综合考虑承载、能量吸收、减振、隔热等多功能特性,相较于空心波纹夹芯结构和金字塔点阵夹芯结构,泡沫填充波纹复合结构具有潜在的重要工程应用价值。     

箭型蜂窝夹层板力学性能及等效方法研究

针对箭型负泊松比蜂窝夹层板,给出了线弹性范围内蜂窝芯层的等效力学参数理论公式,并通过拉伸试验和有限元仿真验证了公式的准确性.分别选取三明治夹芯板理论、Reissner等刚度理论、Hoff等刚度理论对夹层板进行等效,建立等效后的有限元模型,完成静力分析和模态分析,与实体单元模型的计算结果进行对比.结果表明:在不同加载形式下,考虑了芯层剪切刚度和面板弯曲刚度的三明治夹芯板理论,等效精度最高,更适合用于箭型负泊松比蜂窝夹层板的简化分析.     

泡沫夹层结构拉脱试验非线性分析数值模拟

本文讨论了使用高强度闭孔刚性聚甲基丙酰亚胺泡沫（PMI）作为夹芯材料代替蜂窝夹芯材料用于拉脱结构的优缺点,并与NOMEX蜂窝从力学性能,结构效能等方面进行比较。通过合理选择泡沫材料,得出的结果认为在拉脱结构中高强度泡沫力学性能基本能够达到NOMEX蜂窝的水平。通过试验结果和非线性有限元对比分析,验证了高强度泡沫用于拉脱结构的可能性,并对此种拉脱结构的破坏机理进行了研究     

蜂窝夹芯减振板结构设计的力学参数计算

从力学性能和减振性两方面分析了用瞬间液相扩散复合法得到的蜂窝板的蜂窝结构,确定了面板厚度、芯材厚度、蜂窝格边长、蜂窝格壁厚4个结构参数作为设计变量,以剪切强度、弯曲强度、抗弯刚度、临界屈曲载荷、固有频率、质量6个性能参数为目标函数进行优化,并对优化结果进行了实验研究. 结果表明,优化设计的蜂窝板的力学性能及减振性能优于对比板,实验值与计算值基本相符.     

铝蜂窝夹芯结构抗爆性能仿真分析与优化

利用CONWEP计算模型对铝蜂窝夹芯结构的抗爆性能进行了有限元分析，以背板最大变形和夹芯层比吸能作为抗爆性能指标，根据不同基体材料的组合结构建立了铝蜂窝夹芯结构的基准模型.基于基准模型，定量研究了铝蜂窝夹芯结构各部分结构参数和蜂窝胞元类型对其抗爆性能的影响规律.结果表明面板材料采用Al2024T351，背板材料采用RHA的组合结构具有良好的抗爆性能；相比于背板厚度变化，面板厚度的变化对铝蜂窝夹芯结构抗爆性能指标的影响更显著.应用构建代理模型的方法对铝蜂窝夹芯结构的抗爆性能进行了多目标优化设计，使铝蜂窝夹芯结构的抗爆炸冲击波性能得到了明显改善，这对抗爆结构的工程设计有一定指导意义.     

芯层面内刚度的蜂窝夹层板壳结构模型

建立了正六角形蜂窝芯层的一种等效模型,该模型在芯层面内刚度只考虑芯层体积变形的刚度,而忽略了次要的面内偏斜变形的刚度,并在此基础上建立了一种蜂窝夹层板壳结构模型．该模型较Ａｌｅｎ模型有更好的精度．     

具芳纶短纤维增韧界面的碳纤维夹芯结构性能、机理和分析

碳纤维夹芯结构常用作航空航天、交通车辆等运载工具的主承力结构,这类结构在服役过程中容易发生界面开裂,继而引发大面积脱粘、面板局部屈曲等破坏模式,严重影响结构的安全.使用芳纶短纤维对碳纤维夹芯结构的面-芯界面进行增韧,在夹芯结构制备过程中,在界面加入低密度芳纶短纤维薄膜,通过芳纶短纤维的桥联作用,提高界面的粘接性能.首先通过弯曲和压缩实验,对比了增韧和未增韧夹芯结构的荷载-位移曲线、破坏模式等响应,发现芳纶短纤维界面增韧可以大幅提高碳纤维夹芯结构的各项力学性能.其次,基于非对称双悬臂梁实验和扫描电镜观测,分析了芳纶短纤维的增韧效果和增韧机理.最后,基于均匀弹性材料裂纹的奇异性解和界面裂纹尖端的位移震荡解,建立了考虑界面裂纹尖端复杂应力场的扩展有限元单元,模拟了碳纤维夹芯试件的界面开裂过程.以上研究工作有助于揭示芳纶短纤维增韧界面的断裂机理,建立界面增韧参数设计方法,提高碳纤维夹芯结构的力学性能,并为结构的健康诊断和工艺改进提供科学依据.     

普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩性能

利用MTS 810材料试验机对真空钎焊普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩性能进行了实验测试. 分析了面外压缩变形特性以及结构参数对蜂窝夹芯板面外压缩强度的影响. 研究发现,普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩变形可分为弹性变形、塑性变形和压实三个阶段. 蜂窝胞壁厚度与胞壁边长的比值t/a是影响塑性变形初期变形方式的主要因素. 比值t/a＞0.0427时,塑性变形初期以屈服方式进行;t/a7＜0.0427时,塑性变形初期以屈曲方式进行. 在结构参数对性能的影响中,胞壁厚度对蜂窝夹芯板的初始压缩强度和峰值抗压强度影响最大,胞壁边长的影响次之,而面板及夹芯厚度的影响较小.