蜂窝夹层复合材料

蜂窝夹层复合材料是一种重量轻、强度大的高性能复合材料，正日益从军事、航天领域转为民用．本文介绍了蜂窝夹层复合材料的材料使用、结构、力学性能，从重量角度分析了蜂窝夹层复合材料力学性能最值的条件和材料的发展方向．     

复合材料蜂窝夹层板刚度分离实验法研究与应用

本文通过理论推导，给出用一个三点弯曲实验就可以同时测定复合材料峰窝夹层板弯曲刚度和剪切刚度这两个重要弹性常数的原理。根据这一原理，得到一个简便、省时、易统计数据而且精度较高的复合材料蜂窝夹层板测试的刚度分离实验方法．     

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.     

蜂窝夹层复合材料小质量冲击接触力的分析

研制了多角度小质量冲击试验机,可对蜂窝夹层复合材料进行不同角度、不同冲击能量的冲击。使用冲击加速度传感器测量冲击接触力。在已有仿真模型的基础上,使用降低面板抗弯刚度的方法来模拟分层损伤的产生,从而预测分层发生后的冲击接触力。实验结果表明,仿真得到的冲击力与前者吻合较好。通过仿真分析夹层板参数对冲击力的影响,发现面板的等效抗弯刚度和芯材的压缩强度对冲击周期和最大冲击接触力具有较大的影响,而芯材的厚度和模量则对冲击周期和冲击接触力的影响较小。     

考虑胶层的蜂窝夹层复合材料动态特性

提出了一种蜂窝夹层复合材料等效模拟方法.将面板与胶层等效为层合材料,并推导了其等效弹性参数.根据等效板理论、三明治夹芯板理论及所提出的方法分别建立自由-自由状态的铝蜂窝夹层复合材料有限元模型.将3种等效方法的数值计算结果与试验模态参数进行对比,结果表明,所提出等效方法的最大误差不超过5%,平均误差降低到2.03%,表明考虑胶层的影响,模态参数计算结果更为精确.通过控制变量法和相对灵敏度分析表明,胶层是影响复合材料动力学性能的关键因素之一,在面板与蜂窝胞壁连接良好的前提下,减小胶层的厚度或增加胶层材料的弹性模量能够有效提升材料的整体动态性能.     

板芯脱黏损伤对复合材料蜂窝夹层结构振动特性的影响

板芯界面脱黏是复合材料蜂窝夹层结构最常见的损伤,对其开展振动分析具有科学价值和工程意义.基于蜂窝芯材的细观构造,利用有限元软件ANSYS建立了复合材料蜂窝夹层结构的有限元模型,研究脱黏损伤的尺寸和位置对振动特性的影响.结果表明:脱黏损伤使蜂窝夹层结构的固有频率降低;损伤尺寸越大,固有频率越低;损伤位于结构中部时4阶固有频率最低,其余各阶固有频率随着损伤越接近固支端而越低;损伤尺寸和损伤位置对不同阶振动模态的影响程度不同.研究方法和结论为此类结构的损伤检测以及损伤容限设计与分析提供了必要的参考依据.     

ANSYS在复合材料夹层结构屈曲分析中的应用

工程中广泛使用的复合材料夹层结构受各种外力作用时,最常见的失效模式为屈曲。介绍了ANSYS 的特征值屈曲分析的方法,并具体分析了某复合材料集装箱端板的临界屈曲荷载,与经典复合材料层合板计 算结果吻合良好。     

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．     

复合材料在民用航空飞机中的应用

随着现代材料科学技术的发展,复合材料作为高性能的结构材料和功能材料,在民用航空领域的应用越来越广泛。本文对几种复合材料的性能进行了比较,介绍了复合材料在民航飞机上的功用,着重阐述了T300碳纤维/树脂基复合材料在民航飞机上的应用。     

泡沫夹层结构复合材料的应用与发展

简要介绍了国内外泡沫夹层结构复合材料发展现状,分析了国内外泡沫夹层复合材料研究与应用上存在的差距。基于夹层结构复合材料泡沫芯材特性及存在的问题,认为高性价比泡沫芯材的研制及应用是泡沫夹层结构复合材料发展的关键之一。     

热塑性复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击失效行为

夹芯结构具有优良的力学性能和多功能性,是一类良好的冲击防护材料。以编织玻璃纤维增强聚丙烯复合材料蜂窝夹芯板为研究对象,采用JSL-3000落锤式示波冲击试验机研究了其结构在低速冲击下的抗冲击特性。试验采用固支的边界条件,通过控制落锤下落高度实现不同冲击能量对结构低速冲击响应的影响;并在相同的冲击能量下,研究了蜂窝夹芯结构芯层高度和芯层层数对结构抗冲击性能的影响。利用ABAQUS有限元软件建立了蜂窝夹芯板的低速冲击模型与试验结果进行对比,通过对获得的载荷时间曲线和结构失效模式的分析,发现结构的损伤以上面板的凹陷和芯层的压溃为主,在面板未发生穿透的情况下结构会发生大幅度回弹。     

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。     

新型建筑蜂窝夹心板的生产工艺及应用

叙述了纸蜂窝心和蜂窝夹心板的生产工艺，纸蜂窝心的生产工艺包括涂胶、烘干、穿孔、剪切、迭合、加压固化、切条、拉伸定型，蜂窝夹心板的生产工艺包括浸胶、复合、固化、时效，介绍了研制产品的主要技术性能指标，隔音、隔热、阻燃、各种强度均可满足建筑要求，分析了其应用前景。     

蜂窝型混凝土空腹夹层板剪力键静力参数化分析

为进一步研究蜂窝型混凝土空腹夹层板新型楼盖结构,同时完善空腹夹层板结构体系,本文研究以某大学文体中心的蜂窝型混凝土空腹夹层板楼盖为基础,提取出其重要构件Y字形剪力键进行模型简化并建立了有限元基准模型。再通过参数化分析,研究不同因素影响下Y字形剪力键静力性能变化。结果表明,纵筋配筋率对剪力键的受剪承载力影响较小,而箍筋体积配箍率、混凝土强度和剪力键截面面积对其有较大影响。为蜂窝型混凝土空腹夹层板的设计研究提供了一定的参考价值。     

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。     

高温环境下含典型凹坑缺陷蜂窝夹芯板特征值屈曲性能

蜂窝夹芯板在运输、使用过程中,可能在面板上产生形式各异的凹坑,研究高温环境下含凹坑缺陷蜂窝夹芯板的屈曲性能对评估结构安全和可重复使用具有重要意义。基于Python语言构建了含圆形凹坑缺陷、含正方形凹坑缺陷、含正三角形凹坑缺陷蜂窝夹芯板参数化有限元模型,分析了恒温和变温下凹坑缺陷关键参数对蜂窝夹芯板特征值屈曲性能影响规律,结果表明不管是恒温环境还是变温环境,随着凹坑缺陷直径(边长)或者凹坑深度的增大,蜂窝夹芯板临界失稳载荷降低;对比分析了等面积缺陷和等周长缺陷下三种典型缺陷对结构特征值屈曲性能的影响,结果表明等面积缺陷下,含圆形凹坑缺陷蜂窝夹芯板的临界失稳载荷略大于其余两者,等周长缺陷下,含正三角形凹坑缺陷蜂窝夹芯板的临界失稳载荷略大于其余两者。     

飞机整流罩蒙皮局部屈曲优化设计研究

针对飞机整流罩结构首先进行初步设计。采用铝合金薄蒙皮的形式,应用MSC.Nastran分析模块进行静力和线性初始屈曲计算,给出整流罩结构的特征值和局部失稳模态。研究了尾翼主结构变形对整流罩蒙皮稳局部屈曲的影响作用。最终整流罩蒙皮采用蜂窝夹层结构,解决了整流罩局部失稳的问题;同时制定出蜂窝夹层厚度的优化设计方案。通过数值优化计算,给出了整流罩蒙皮稳定性约束条件下的优化设计结果。     

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.     

泡桐木夹层梁的弯曲疲劳试验

对采用真空导入工艺的泡桐木夹层梁进行4点弯曲疲劳试验,研究发现泡桐木夹层梁的破坏形式主要有界面的脱黏、芯材的剪切破坏、面板分层等。试验过程中采集试件的S-N曲线,采用3种寿命预测公式对其进行线性拟合,得到该泡桐木夹层梁的寿命预测公式。基于S-N曲线在实际工程中的应用,引入失效率的概念,采用双参数的Weibull函数分布,对不同应力等级下的失效率进行研究,从而得到泡桐木夹层梁P-S-N曲线。