卫星用蜂窝夹层板的等效计算及实验研究

为了减轻卫星的质量,蜂窝夹层板被广泛地应用到现代卫星结构中。而在卫星发射前对卫星进行动态特性分析是必须的。目前的有限元软件无蜂窝单元,为此常用等效方法来模拟蜂窝的力学性能。本文采用等效板和夹心板理论两种等效方法模拟得到了两块蜂窝夹层板的固有频率,同时对蜂窝夹层板进行了振动试验,测得固有频率。等效方法的计算结果与试验结果对比,得到不同等效方法的计算误差,从而选择较适合特定尺寸蜂窝夹层板的等效方法,确保卫星总体分析结果的准确性。     

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．     

功能梯度负泊松比蜂窝夹层板的振动特性

蜂窝夹层板作为一种常见的轻质多孔材料在航空航天和建筑等领域具有广泛的应用。研究了具有梯度的负泊松比蜂窝夹层板自由振动时的频率,及其随蜂窝芯层梯度和板几何参数的变化规律。利用Reddy高阶剪切变形理论和Hamilton原理推导了四边简支边界条件下的负泊松比蜂窝夹层板的偏微分运动微分方程,利用Navier法计算出系统的前十阶固有频率。借助有限元Abaqus软件建立了内凹六边形负泊松比蜂窝夹层板模型,计算其固有频率,两种方法的计算结果对比表明:理论计算求得的固有频率和有限元仿真得到的结果基本一致,验证了有限元模型的可靠性。基于此方法分别计算了蜂窝芯层具有角度梯度、厚度梯度和功能梯度的负泊松比蜂窝夹层板的前十阶固有频率,并与无梯度时的计算结果对比,分析了芯层梯度变化对系统固有频率的影响。     

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。     

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．     

波纹-负泊松比蜂窝混合芯夹层板的自由振动

夹层板作为一种复合材料结构,其芯层在系统特性中起着重要作用。基于三阶剪切变形理论(third-order shear deformation theory, TSDT),通过Rayleigh-Ritz法研究了由梯形波纹与具有负泊松比的蜂窝组成的混合芯夹层板的自由振动,分析了边界条件及参数变化对夹层板振动特性的影响。结果表明,边界条件、芯层结构与蜂窝倾角对夹层板的固有频率有重要影响。研究结果对混合芯夹层板结构在工程应用中的设计与优化具有一定的理论指导意义。     

蜂窝形钢空腹夹层板楼盖振动舒适度分析

为了研究新型蜂窝形钢空腹夹层板楼盖的竖向振动舒适度,以自振频率和加速度为双控指标,采用子空间迭代法计算结构基频和各阶振型;然后,采用行走路线法对结构进行时程分析,计算结构在人行荷载作用下的加速度响应.考虑跨高比,上覆混凝土板厚度和上、下肋刚度对结构基频和加速度响应的影响,对结构进行参数化分析.结果表明:蜂窝形钢空腹夹层板基频随着跨高比、上覆混凝土板厚度的增大而减小,随着上、下肋刚度的增大而增大;峰值加速度随着跨高比的增大而增大,随着上覆混凝土板厚度及上、下肋刚度的增大而减小.     

新型CSIPs复合夹层板的力学性能研究

结合玻璃纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,即FRP)和SIPs板(Structural Insulated Panels)的优点,提出了一种以FRP作为面板,扩展聚乙烯泡沫(EPS)为芯板的CSIPs复合夹层板.为了掌握CSIPs复合夹层板的力学性能,首先采用Reissener大挠度理论,推导了CSIPs复合夹层板的挠度和极限承载力的计算公式;然后应用ANSYS软件进行了有限元模拟分析;最后制作1 000 mm*1 000mm的CSIPs复合夹层板进行了模型试验研究.结果表明,理论分析解、有限元模拟结果和试验结果三者基本一致,根据大挠度理论推导出的CSIPs复合夹层板的位移及极限承载力正确;CSIPs复合夹层板重量轻、强度高的优点突出.     

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．     

方形蜂窝夹层曲板的振动特性研究

针对专用车辆罐体的方形蜂窝夹层封头,研究了四边简支方形蜂窝夹层曲板结构的振动特性。以Hoff夹层板理论为基础,通过能量法将蜂窝层芯等效为面内各向同性夹层,并考虑曲率的影响,建立了四边简支方形蜂窝夹层板振动理论模型。基于有限元软件建立了考虑蜂窝层芯细节的有限元模型,对理论模型结果进行了验证,两者结果取得良好吻合。通过理论模型和有限元模型研究了夹层几何参数及内压对蜂窝夹层曲板结构固有频率和振动模态的影响。研究表明:蜂窝夹层曲板的振动模态与均质实心曲板振动模态相似,其固有频率随着内压的增大而提高,相同质量的蜂窝夹层曲板固有频率远高于均质实心曲板的同阶固有频率。所得结果为蜂窝夹层曲板结构的动力学优化设计提供了必要的理论参考。     

正六角形单胞周期性蜂窝板等效刚度研究

利用已提出的一种周期性板等效刚度求解新方法,研究了六角形蜂窝板在壁厚和单胞高度等在相当大的范围内变化时的等效刚度,给出了计算蜂窝板等效刚度的一系列解析近似公式,并对其进行了验证.这种新方法能够精确实现理论上严格的渐近均匀化方法,并具有代表体元法的直观简洁,可以根据单胞的不同尺寸采用不同的单元类型,大大提高了求解效率.最后讨论了文献中已有的近似解析解的精度、经典层合板理论成立的条件及泊松比的影响等.     

蜂窝型钢筋砼空腹夹层板的试验分析

蜂窝型钢筋砼空腹夹层板结构是在空腹夹层板结构基础上发展而来的一种新型的空间结构，对它的一个工程实例实施了1／3缩尺模型试验，得到结构在静力荷载下的变形与破坏情况，试验结果表明承载力达12．8kN／m^2结构仍未破坏，此时挠度为跨度的1／460，且裂缝小于0．3mm，结构安全度达2．0以上，与理论分析结果比较，证明了实用分析方法满足现行设计规范要求，可用于实际工程。     

镁合金蜂窝板的制备及力学性能研究

采用镁合金箔材和板材削备镁合金蜂窝板，研究了其压缩和弯曲力学性能，分析了镁合金蜂窝板的损坏过程和机制。压缩过程经历了蜂窝芯与面板之间树脂肢的局部失穗阶段、蜂窝芯弹塑性屈曲变形阶段，塑性屈曲失穗阶段、破坏扩展阶段四个阶段。弯曲变形过程经历了蜂窝芯局部屈曲、面板压入弯曲、蜂窝芯与面板较大面积脱胶这三个阶段。其变形模式与破坏形式和铝合金蜂窝板相似。     

四边简支条件下对称蜂窝夹层板的弯曲振动分析

应用经典叠层板理论(CPT)、一阶剪切板理论(FSDPT)和三阶剪切板理论(TSDPT)对四边简支条件下对称蜂窝夹层板的弯曲振动进行了分析.弯曲振动分析中将蜂窝芯层等效为一正交异性层,其等效弹性参数由修正后的Gibson公式获得,推导了蜂窝夹层板在四边简支条件下的固有频率方程.经具体算例表明,对于铝蜂窝夹层板固有频率的计算,三阶剪切板理论的计算精度要高于经典叠层板理论和一阶剪切板理论.     

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。     

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．     

空腹夹层板的拟板超级有限元分析

以三个广义位移的非经典板位移模式，构造了空腹夹层板超级单元，该单元在保证高精度的同时，可大大减少自由度。建立了空腹夹层板的超级有限元分析方法。     

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.