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.     

热冲击载荷下铝蜂窝夹芯结构的温度场及变形

建立了强激光辐照下铝蜂窝夹芯结构的有限元模型,运用热/力序贯耦合方法对其温度场和力学行为进行了分析;研究了在激光功率一定的情况下,防热层的厚度、导热系数和比热容对夹芯结构温升的影响;分析了具有防热层夹芯结构的热变形及上面板和芯层的等效应力的变化规律.结果表明:防热层的导热系数对夹芯结构的温度场影响最大;在一定范围内,防...     

类蜂窝夹芯结构等效力学性能优化设计

为提高新型类蜂窝夹芯结构的等效力学性能,本文在分析夹芯胞元尺寸对其等效力学性能影响的基础上,选取胞元尺寸为设计变量、以等效力学性能参数为目标函数,建立类蜂窝夹芯结构等效力学性能优化数学模型,并采用多目标遗传算法对其进行优化设计.经优化设计分析发现:当夹芯胞元厚度t与六边形短边长l比值为0.0134、正方形边长h与l比值...     

薄蜂窝复合材料夹芯结构侧压性能研究

对不同构型薄蜂窝复合材料夹芯结构侧向压缩响应进行了试验研究,研究参数包括芯材高度、芯材密度和面板刚度。结果表明,蜂窝芯材高度严重影响蜂窝结构失稳载荷和峰值载荷,而上下面板的刚度不对称性会严重降低失稳载荷却对峰值载荷影响不大。薄蜂窝复合材料夹芯结构的整体破坏过程与芯材密度、芯材高度均有关系,而受刚度不对称性影响不大。薄蜂窝复合材料夹芯结构在侧向压缩载荷下的主要失效模式是蜂窝芯材剪切破坏,通过高速摄像机对蜂窝局部进行观察,发现失效起始于单个蜂格的剪切破坏,导致其高度降低,继而引起上下两侧蜂格破坏,并且迅速扩展到上下约3个蜂格,导致载荷突降。若继续加载,破坏继续向两侧蜂格扩展,且载荷基本不变。     

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.     

泡沫铝夹芯结构油罐车罐体研究

为提高油罐车的节能性、环保性和安全性,以某油罐车罐体为设计原型,以轻量化为前提,以满足刚度和强度为约束条件,设计泡沫夹芯结构油罐车罐体.然后,利用ANSYS软件对两种结构油罐车罐体的静态性能、动态特性及保温隔热性进行仿真分析.结果表明,泡沫夹芯结构油罐车罐体不仅可实现油罐车轻量化达到节能减排的目的,而且可显著提高油罐车的安全性.     

铝蜂窝夹芯三明治板弹道极限的实验研究

为研究铝蜂窝夹芯三明治结构的弹道防护特性,设计并实施了一系列速度在100~250 m/s之间的弹道冲击实验. 研究了在不同冲击速度、面板厚度、芯层密度和弹丸头部形状等条件下,该结构的能量吸收特性和弹道极限. 结果表明,铝蜂窝夹芯能有效提高三明治板的抗弹能力,并且对高速弹丸防护能力的提高作用更加显著. 在弹速相同的条件下,结构对平头弹丸的能量吸收低于圆头和尖头弹丸.     

基于冲击瞬时能量梯度的蜂窝夹芯复合材料结构损伤监测

碳纤维增强复合材料具有独特的材料特性、可设计性,在现代卫星研制过程中的作用日益凸显,但其极易受到外太空碎片的撞击而产生多种类型的损伤,严重威胁在轨卫星的可靠性与稳定性。针对一种预制损伤的铝蜂窝夹芯碳纤维复合材料的安全监测需求,利用光纤Bragg光栅构建了分布式全光纤监测系统,监测在冲击过程中损伤区域处感应的光响应信号。通过总体经验模式分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)结合希尔伯特变换(Hilbert transform,HT),对冲击时域信号进行了有效提取,获得了冲击瞬时能量密度谱,提取相关能量特征并进行对比,进而生成冲击能量云图。实验结果表明:传感网络中任意一支传感器能够检测出四处损伤位置。该方法可为部分传感器失效情况下的损伤监测提供有益参考。     

蜂窝夹芯结构吸波性能的有限元计算分析

针对周期性蜂窝夹芯结构型吸波材料的非均匀性,提出采用频域有限元数值仿真和散射参数反演法计算不同构型蜂窝夹芯材料的雷达散射截面（RCS）和反射系数,并探讨了周期性蜂窝夹芯结构中胞元的尺寸效应对结构型吸波材料隐身性能的影响．计算结果表明：对于具有相同体分比的不同构型蜂窝夹芯结构型吸波材料,当胞元尺寸大于工作波长时,夹芯材料的不均匀性导致RCS值变化幅度较大;随着尺寸的缩减,RCS值逐渐减小且变化趋于平缓．但在不同入射方向具有明显的散射特性,而且不同构型蜂窝夹芯结构的反射系数也表现出明显的尺寸效应．研究结果为周期蜂窝夹芯结构型吸波材料的多功能设计提供了计算依据．     

夹芯厚度与真空度对蜂窝夹层隔声特性的影响

研究了蜂窝夹层结构在不同夹芯厚度和空腔真空度下的隔声特性.就平面声波垂直入射的情况,对蜂窝夹层结构的隔声特性进行了理论分析,并采用有限元软件,对不同夹芯厚度与空腔真空度下的结构隔声特性进行了数值模拟.结果表明:提高蜂窝夹层结构中夹芯厚度与空腔真空度,能够有效改善蜂窝夹层结构在不同频段内的隔声性能,尤其体现在中高频段.在蜂窝夹层用于隔声结构设计与使用过程中,针对不同的噪声频谱需求,采用有限元计算的方法选择蜂窝夹层结构的夹芯厚度与空腔真空度,可以达到所需的隔声要求.研究结果对轻薄隔声结构的设计具有一定的指导意义.     

激光全息干涉术用于铝蜂窝夹芯构件缺陷检验的研究

铝蜂窝夹芯构件用传统的无损检测法有很大的局限性.本文利用激光全息干涉术,用热冲击加载和真空加载两种方式对西安飞机制造公司提供的铝蜂窝样件和部分实际构件进行了试验研究,对两种加载的效果及常规检验的结果进行了比较,讨论了装夹表面应力对检验结果的影响,并进行了实验验证.实验表明,热加载是简单、有效和迅速的加载方式.应用 HNDT 技术及实验结果,能很好地对轰七飞机铝蜂窝结构进行在线质量控制.     

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。利用凹坑缺陷的关键参数构建凹坑缺陷的几何模型,推导凹坑缺陷范围内各点相对理想平面的偏移量计算公式,并利用ABAQUS Python中的节点坐标修改函数实现理想平面上各节点的偏移;对ABAQUS进行了二次开发,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。     

爆炸载荷下蜂窝/波纹夹芯方板的动力学行为研究

采用弹道摆锤测试系统对铝波纹、铝蜂窝夹芯板进行了爆炸冲击加载实验。通过改变炸药量及炸药位置实现对结构不同冲量的加载,分析对比了不同冲量作用下两种金属夹芯板的变形/失效模式。实验结果表明,爆炸载荷作用下波纹芯层和蜂窝芯层表现出的变形失效模式较为相似,包括中心压实区域,部分压实区域以及边界处的剪切变形;但在冲量较大时,波纹芯层在边界处的剪切变形更为明显。在载荷条件及芯层平均密度一定的情况下,由于梯形波纹芯层较蜂窝芯层较弱的能量吸收能力,波纹夹芯板将产生更大的残余挠度。实验结果对波纹夹芯板和蜂窝夹芯板在抗爆结构中的选择应用具有一定的参考价值。     

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.     

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.     

含开孔和补强的蜂窝夹芯层合结构的屈曲分析

该文针对含有开孔和孔边补强的蜂窝夹芯复合材料层合结构的屈曲分析发展了一套三维有限元求解方案。孔边缘应力集中区采用W ilson非协调实体单元模拟,同时为减小求解规模,远离开孔的应力平缓区则采用一种相对自由度层合壳元。这种单元避免了传统壳元的转动自由度,易与三维实体单元连接,使变厚度、带有补强的复合材料层合壳体等复杂结构得以正确建模。数值算例验证了该文计算策略的准确性和有效性,最后通过大量数值计算研究了开孔和补强对结构临界载荷的影响。     

泡沫铝夹芯梁结构的高温3点弯曲力学性能研究

实验研究了泡沫铝夹芯梁结构在不同温度下的3点弯曲力学性能.通过引入Gibson模型构建夹芯梁架构在3点弯曲作用下的失效模式图,并将失效模式图扩展到高温情况下,得到泡沫铝夹芯梁的初始失效模式图随温度的变化趋势.结果发现,其他因素不变,随着温度的升高,夹芯梁结构更容易发生面板屈服失效模式,芯层剪切模式涉及的范围被大大压缩.根据修正的Gibson模型预测的夹芯梁结构的极限载荷和实验结果所得极限载荷比较发现,芯层剪切模式分析结果和实验数据很好地吻合,说明泡沫铝夹芯梁的最终失效破坏主要是由于芯层剪切引起的.     

三维整体夹芯机织复合材料抗落锤冲击性的测试与分析

为了研究三维整体夹芯机织结构复合材料的能量吸收能力和破坏机理,本文对14组具有不同结构参数的夹芯结构复合材料试样进行了抗落锤冲击测试,得到试样的中值破坏能量,并对测试结果进行了分析.分析结果表明:影响三维整体夹芯机织复合材料抗落锤冲击性能的因素主要包括结构中各部分的纬纱密度,接结纱的接结方式以及增强纤维的性能;另外,预制件的经纬纱织造密度亦对复合材料的抗冲击性能影响很大.     

组合型类蜂窝夹芯结构设计及面内力学性能研究

为提高蜂窝夹芯结构共面方向的承载性能,从仿生序构角度,提出一种组合型类蜂窝夹芯结构,并对其面内力学性能进行研究。首先,从深海鱼的骨骼结构中仿生设计出一种功能基元,并将该基元4个一组在空间组合成一个基本单元,再将此单元在水平和垂直方向上阵列得到一种四边形里嵌套八边形的组合型类蜂窝夹芯结构;然后,根据胞元理论将该结构进行简化,采用经典梁弯曲理论与胡克定律推导出其面内等效力学参数公式;采用压缩实验和数值模拟进行力学参数的对比验证,得到该结构面内等效弹性模量的实验值、仿真值与理论值之间的误差分别为13.68%和10.60%,验证了组合型类蜂窝夹芯结构面内等效力学参数的准确性。在相同等效密度下,将所设计的组合型类蜂窝夹芯结构和该课题组以前提出的“超轻多孔”类蜂窝夹芯结构进行等效力学性能对比实验,结果表明：所设计的组合型类蜂窝夹芯结构的面内等效弹性模量是类蜂窝夹芯结构的20倍左右,其刚度有显著提升,该研究成果为新型蜂窝结构创新设计提供了思路。