基于落锤装置的蜂窝铝夹芯结构动力学特性

利用实验结合数值计算的方法研究蜂窝铝夹芯结构在受冲击载荷作用时的动力学特性;采用落锤装置对蜂窝铝夹芯结构在受到冲击载荷时的变形进行研究,建立有限元模型,并与实验值进行对比;分析落锤冲击破坏过程中蜂窝铝夹芯结构面板与蜂窝芯子在不同阶段的应力分布,讨论不同冲击速度对蜂窝铝夹芯结构面板凹痕深度与面积的影响,以及实验过程中落锤与试件之间的接触力和能量吸收效果。结果表明,随着落锤冲击速度的增大,面板和蜂窝芯子在最大凹痕深度处的应力峰值逐渐增大,应力波辐射范围增大,蜂窝铝夹芯结构吸收的能量也相应增大。     

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.     

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。     

层状结构I型裂纹尖端场的焦散线实验研究

为研究岩层断裂行为,利用透射式静态焦散线实验系统,采用铝-环氧树脂层状试件模拟岩层结构,进行了静态三点弯曲实验,通过观察和测量不同试件以及在不同加载条件下裂纹尖端焦散斑特征尺寸的大小,分析了铝-环氧树脂层状结构I型裂纹尖端静态断裂行为特性并与ABAQUS数值模拟的结果较好地吻合。实验结果表明：(1)相同加载力F下,裂纹尖端I型焦散斑特征尺寸D及应力强度因子值随试件所含铝板宽度w的增加而减小。(2)试件中铝板对裂纹尖端阻裂作用随着加载力F值增加而增强,其焦散斑特征尺寸值D与加载力F关系曲线D-F及应力强度因子值与加载力F关系曲线-F均呈现先上升、后变缓、再上升趋势。(3)铝板宽度w越大,则其对裂尖的阻裂现象出现越早。     

层状结构Ⅰ型裂纹尖端场的焦散线实验研究

为研究岩层断裂行为,利用透射式静态焦散线实验系统,采用铝-环氧树脂层状试件模拟岩层结构,进行了静态三点弯曲实验。通过观察和测量不同试件以及在不同加载条件下裂纹尖端焦散斑特征尺寸的大小,分析了铝-环氧树脂层状结构Ⅰ型裂纹尖端静态断裂行为特性,并与ABAQUS数值模拟的结果较好地吻合。实验结果表明:1相同加载力F下,裂纹尖端Ⅰ型焦散斑特征尺寸D及应力强度因子值KI随试件所含铝板宽度w的增加而减小;2试件中铝板对裂纹尖端阻裂作用随着加载力F值增加而增强,其焦散斑特征尺寸值D与加载力F关系曲线D-F及应力强度因子值KI与加载力F关系曲线KI-F均呈现先上升、后变缓、再上升趋势;3铝板宽度w越大,则其对裂尖的阻裂现象出现越早。     

Sandwich等效理论在铝蜂窝复合夹层板中的应用与分析

利用Sandwich等效理论简化铝蜂窝复合夹层板芯层的材料参数。结合ANSYS有限元软件单元库中的Shell91单元对试样进行仿真计算。由三点弯物理实验和仿真计算的结果对比,表明等效简化具有良好的效果。同时由于修正系数γ的取值对于等效结果具有一定影响,通过对不同结构参数板体的仿真分析,来探讨这种影响的特征,为工程计算应用提供一定的参考。     

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。     

三种蜂窝夹芯板的抗爆性能分析

为进一步理解强爆炸载荷下蜂窝夹芯板的抗爆机理,采用ABAQUS/Explicit有限元软件,对3种蜂窝夹芯板的抗爆性能进行了数值模拟分析. 对比了圆孔蜂窝、六边形蜂窝和六角排列圆管3种芯层结构的单胞的面外压缩性能,分析了夹芯板在爆炸载荷作用下的变形过程. 结果表明:对于相同相对密度的3种芯层,在准静态压缩下,六角排列圆管最容易压缩,其平台应力最低,而圆孔蜂窝的平台应力最高. 在相同的结构参数与爆炸载荷作用下,六角排列圆管夹芯板的背板挠度最小,抗爆性能最优. 分析了圆管夹芯板抗爆性能的参数影响,结合载荷传递与芯层压缩变形机制,阐明了夹芯板的抗爆机理,并指出总吸能量不能直接反映夹芯板抗爆性能优劣.      

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.     

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．     

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.     

薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透试验与失效机理

为研究薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透损伤的失效机理,对具有3层平面编织复合材料面板的蜂窝夹层板试验件进行了多种能量的冲击试验.并在考虑了面板材料的渐进失效以及面内剪切非线性应力应变关系基础上,运用LS-DYNA有限元分析软件建立了夹层板的数值模型,用以分析失效过程.结果 表明,数值模拟结果与试验结果一致.上面板穿透或整体贯穿时面板均呈花瓣状裂开,前者蜂窝以压溃损伤为主,后者则额外产生蜂窝芯体与下面板间的界面脱粘以及蜂窝壁的断裂损伤.无面板穿透时,冲击接触力将保持纤维断裂损伤阈值力大小直至冲头回弹;面板穿透则使冲击区域刚度下降,接触力随之下降,其中板整体贯穿时接触力会出现两个峰值.薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击穿透过程中的主要能量耗散在复合材料面板的纤维拉伸断裂,蜂窝的压溃和断裂过程也消耗部分能量.     

聚氨酯/蜂窝铝复合材料的压缩力学行为及缓冲吸能特性

对空芯蜂窝铝(六边形孔)、聚氨酯、聚氨酯/蜂窝铝复合材料进行压缩试验,分析蜂窝铝和聚氨酯复合后的压缩力学行为及缓冲吸能特性.结果表明：复合材料的应力-应变曲线表现出弹性、屈服和密实三个阶段,初始刚度和屈服应力较空芯蜂窝铝有很大提高;蜂窝铝的加入使聚氨酯的变形回复降低25%;复合材料的最大吸能效率是单纯聚氨酯的1.47倍,且较大应力下复合材料具有比单纯聚氨酯更好的吸能效率;聚氨酯填充1 mm孔径蜂窝铝复合材料的最大吸能效率是聚氨酯填充2 mm孔径蜂窝铝复合材料的1.37倍;加载速率越大,吸能效率的峰值越大,且在达到最大吸能效率时的应力越大.     

卫星结构蜂窝夹层板的等效计算

在利用MSC／NASTRAN对卫星结构进行有限元计算时，必须对蜂窝夹层板进行预先的等效处理，等效处理的合理与否将直接影响到计算结果的可信度．为此，研究了3种不同的等效方法，即三明治夹心板理论、蜂窝板理论以及等效板理论，其中三明治夹心板理论方法只对蜂窝夹芯进行等效，而蜂窝板理论和等效板理论方法则是对整个蜂窝夹层板进行等效．分别采用这3种等效方法，对某铝蜂窝夹层板的2种工况进行了模态分析，并将计算结果进行了比较．结果表明，运用等效方法的计算结果非常接近于解析解，证实了等效处理方法的合理性和正确性．     

基体材料对蜂窝结构抗爆炸冲击性能的影响分析

为了研究不同结构形式的蜂窝芯层的基体材料对其防护性能的影响,通过Hypermesh软件建立了爆炸冲击载荷下的仿真分析模型,比较了不同基体材料下蜂窝结构背板吸能占比、背板的动能特性以及面板背板的最大变形量,通过三者的加权评估,找到了不同结构形式下的蜂窝芯层最优基体材料。研究结果表明:面内蜂窝结构下,基体材料H14抗爆炸性能最优。异面蜂窝结构下,基体材料Q235的抗爆炸性能最优。     

铝蜂窝道面板承载能力试验

为了研究铝蜂窝道面板的承载能力,铺筑了室外试验段并进行了现场试验,使用直径30cm刚性承载板模拟飞机轮载,在道面板表面布置位移传感器和应变片,测试了铝蜂窝道面板在不同地基强度、不同地表状态下板体变形、表面应变。试验结果表明:地基强度的增加能改善道面板的受力情况,减少弯沉。当地基强度从70MPa增加到100MPa时,100kW荷载作用下最大变形减小了39.2%。而脱空会使板底出现过大应力,显著降低道面板的承载能力。     

复合材料蜂窝夹层结构在飞机中的应用

 蜂窝夹层壁板是飞机结构中理想的、结构效率最高的结构形式之一。简述了蜂窝夹层结构的典型蜂窝几何形状和面板、蜂窝芯材种类及相应性能,介绍了国外主要机型蜂窝夹层结构的使用状况和中国飞机结构上蜂窝夹层结构的应用情况,讨论了部分蜂窝夹层结构的设计方法。     

蜂窝梁承载能力的有限元模拟和分析

通过有限元模拟分析了圆孔蜂窝梁在承受弯曲作用时的刚度、强度和稳定性情况.通过分析蜂窝梁在不同截面上的应力分布情况以及蜂窝孔数目对梁的受力特性和承载能力的影响,得到了蜂窝梁在设计中应该考虑的一些问题.从有限元分析中发现,将H型钢或工字形钢通过切割扩高而形成的蜂窝梁在强度和刚度方面都有了很大提高,但是发生强度破坏时,由于应力集中的原因,破坏会发生在蜂窝孔附近.蜂窝孔数目的多少对梁的整体稳定则基本没有影响,在设计中可以按照H型钢稳定性计算方法进行校验.