蜂窝夹芯结构面内等效弹性参数的分析研究

针对Bernoulli Euler梁法计算蜂窝夹芯等效弹性参数的不足,利用3D有限元数值模拟技术,通过对不同材料、不同尺寸的正六边形蜂窝夹芯弹性参数进行数值模拟,给出了芳纶纸面内等效刚度和Poisson比随蜂窝夹芯几何参数变化关系,提出了等效弹性参数的计算公式和一种循环优化设计蜂窝夹芯板厚度的新思想,得到了一些Bernoulli Euler梁法无法得到的重要结论:正六边形蜂窝夹芯结构y方向的弹性模量大于x方向的1.5倍;等效Poisson比仅与蜂窝夹芯几何参数有关,而与材料常数无关等。最后通过与文献[11]铝质蜂窝夹芯的压缩实验结果比较,证实了本文所使用方法的有效性和部分公式的正确性。     

基于Miura折纸的蜂窝材料共面缓冲性能研究

针对当前铝蜂窝材料在共面缓冲性能方面的不足,基于已有的内凹六边形蜂窝和Miura折纸单元,提出了一种改进型内凹六边形蜂窝材料。利用有限元软件,建立了3种有限元模型并进行了共面和异面方向的准静态压缩模拟,获得了3种模型在2种工况条件下的变形模式和表征缓冲性能的平台应力值。基于所提蜂窝材料,设计了一种折纸型二级缓冲结构并进行了有限元分析。分析表明,提出的改进型内凹六边形蜂窝具有三维负泊松比特性,该性能使蜂窝在共面压缩时具有更高的平台应力;二级缓冲结构满足飞行器在正常着陆工况和特殊严苛着陆工况的不同缓冲性能要求。     

蜂窝体胞尺寸对夹芯板性能的影响研究

研究了周期性夹芯蜂窝体胞尺寸对夹芯板刚度性能、一阶频率的影响规律.以夹芯均匀化等效的夹芯板模型为基准,定义无量纲尺寸影响因子,描述不同蜂窝尺寸夹芯板性能相对均匀化等效模型基准值的变化趋势,量化蜂窝尺寸的影响程度.采用有限元数值方法,开展了不同尺寸、不同构型以及不同边界条件下蜂窝夹芯板性能的比较分析.计算结果表明:夹芯板...     

钛蜂窝体制备及压缩性能研究

采用融熔沉积快速成形法制备钛金属蜂窝结构材料,对粉浆制备、钛金属蜂窝结构蜡坯固化、脱蜡等工艺以及所制备的钛蜂窝体的压缩性能进行了研究.结果表明,采用融熔沉积快速成形可以制备钛金属蜂窝结构,工艺简单、尺寸可控,钛蜂窝结构的相对密度在9%～12.6%范围内,屈服强度和弹性模量的增加不大;相对密度超过12.6%后,屈服强度显著增加,但弹性模量增加的幅度不大.通过改变蜂窝体正六边形的边长或改变蜂窝体的壁厚均达到相同的相对密度条件下,蜂窝体的压缩强度差别不大,但对蜂窝体的弹性模量却有显著影响.     

基于有限元的Nomex蜂窝芯等效面内模量计算

正蜂窝夹层结构具有较高的比刚度和比强度,被广泛应用于航空航天领域。对于蜂窝夹层结构,一种方法常采用壳单元模拟以获得整体力学响应~([1])。另一种方法则采用壳单元模拟面板并建立蜂窝芯细节模型,蜂窝壁面用壳单元或实体单元模拟~([2]),这种方法可以精确地捕捉蜂窝芯与面板的脱粘、蜂窝芯局部损伤及壁面屈曲等细节特性,但随着结构尺寸的增加,计算成本急剧增加。为了提高计算     

多铺层碳纤维蜂窝板模型修正

 蜂窝板是现代飞行器的主要承力结构,通过分析各形式响应面适用范围,提出Linear-and-Gaussian组合核支持向量机(SVM)响应面和基于分组控制策略的改进粒子群优化(IPSO)算法。用ANSYS的SHELL91单元建立多铺层碳纤维蜂窝板的有限元模型(FEM),并通过正交试验设计和F值检验确定待修正结构参数,构造Linear-and-Gaussian响应面以拟合待修正结构参数与蜂窝板模态频率的关系并检验响应面模型有效性。最后,用基于分组控制策略的IPSO算法对响应面模型中的结构参数进行修正,修正后参数代入原有限元模型得到修正模型。通过对修正前后模型模态频率与基准模型模态频率在测试频段内外的对比,证实了修正后模型具有良好的复现能力和预测能力。     

MTPS蜂窝夹芯结构传热性能及热应力分析

对于金属防热结构的蜂窝夹芯结构的稳态情况,基于材料的全灰体假设,同时考虑热传导和热辐射两种传热形式对温度场的耦合作用,利用热流量守恒建立了蜂窝芯层温度场的非线性积分方程。离散化后利用数值方法得到方程组的数值解。对于美国兰利研究中心的实验结果,与本文方法的对比计算结果基本吻合。进一步,利用计算结果讨论了给定面板温度边界情况下,下面板、柱体层的灰度、蜂窝结构长径比对夹芯温度场的影响。并根据温度场和近似的应力分析模型,用半解析结果讨论了稳态情况下蜂窝芯层上的热应力。     

十字形柔性蜂窝的面内切变模量分析方法

介绍了一种具有十字形拓扑形状的柔性蜂窝,并对该蜂窝结构的剪切力学性能分析方法进行研究。先将其等效为正交各向异性材料,采用代表体元法推导出十字形蜂窝的面内切变弹性模量的计算公式,同时还研究了切变模量与蜂窝形状参数的关系,并通过仿真分析和力学性能试验进行验证。结果表明,基于代表体元法对十字形柔性蜂窝的面内切变模量进行分析是合理有效的,推导出的理论公式可以指导蜂窝参数设计。     

方向舵纸基蜂窝芯零件夹持方法研究

采用基于磁场和摩擦吸附原理的纸基蜂窝芯零件夹持方法,以某型号飞机方向舵蜂窝芯零件为对象,研究了区域划分单元的形式以及在确定的铣削条件下Z向变形与蜂窝芯高度的关系,利用实验测试和有限元方法对专用装夹平台进行了设计分析,确定了夹持点的位置以及夹持点的反力,最后给出了设计方案。     

基于等效理论的蜂窝夹层板强度等效分析

通过采用三明治夹芯板等效方法计算,得到了等效物理参数,建立了三明治夹芯蜂窝板的有限元模型,完成了蜂窝夹层板模型的静力分析和随机振动分析,并对试验样机进行了静力与随机振动分析和试验验证。结果表明:基于三明治夹芯板等效理论建立的有限元模型能够准确反映蜂窝夹层板的静强度特性和结构动特性,静力应变值结果误差小于4%,振动固有频率结果误差小于5%,偏差较小,表明所建模型合理、准确。     

Optimization design of chiral hexagonal honeycombs with prescribed elastic properties under large deformation

Flexible chiral honeycomb cores generally exhibit nonlinear elastic properties due to large geometric deformation. The effective elastic moduli and Poisson’s ratio typically vary with an increase in deformation. Here, the size and shape optimization of the chiral hexagonal honeycombs was performed to keep the Young’s moduli and Poisson's ratio unchanged under large deformations. The size of the honeycomb unit cell and the position coordinates of the key points were defined simultaneously as design variables. The equivalent Young's modulus and Poisson’s ratio of chiral honeycombs were calculated through geometric nonlinear analysis. The objective was to minimize the allowable tolerance between the prescribed and actual properties within the range of the target strain. A genetic algorithm was then adopted. The optimal results demonstrate that the chiral honeycombs can maintain effective elastic properties that do not vary under large deformation. These results are meaningful to morphing aircraft designs.     

A method of determining effective elastic properties of honeycomb cores based on equal strain energy

A computational homogenization technique (CHT) based on the finite element method (FEM) is discussed to predict the effective elastic properties of honeycomb structures. The need of periodic boundary conditions (BCs) is revealed through the analysis for in-plane and out-of-plane shear moduli of models with different cell numbers. After applying periodic BCs on the represen-tative volume element (RVE), comparison between the volume-average stress method and the boundary stress method is performed, and a new method based on the equality of strain energy to obtain all non-zero components of the stiffness tensor is proposed. Results of finite element (FE) analysis show that the volume-average stress and the boundary stress keep a consistency over different cell geometries and forms. The strain energy method obtains values that differ from those of the volume-average method for non-diagonal terms in the stiffness matrix. Analysis has been done on numerical results for thin-wall honeycombs and different geometries of angles between oblique and vertical walls. The inaccuracy of the volume-average method in terms of the strain energy is shown by numerical benchmarks.     

零泊松比十字形混合蜂窝设计分析及其在柔性蒙皮中的应用

柔性机翼变弯度/展/弦长方案需要蒙皮在面内具有一维大变形能力,并且在垂直平面方向能够提供足够的抗压和抗弯刚度。设计了一种零泊松比十字形混合蜂窝,支撑弹性胶膜构成柔性蒙皮结构。研究了十字形混合蜂窝的面内变形机理、蜂窝力学特性与单元形状参数的关系,针对蜂窝的面内单向变形能力进行了参数优化;将蜂窝结构等效为正交各向异性材料,研究了十字形混合蜂窝的面外抗弯能力及其影响因素;根据后缘变弯度机翼柔性蒙皮设计要求,研究了十字形混合蜂窝结构参数的适用性。结果表明这种蜂窝能够满足柔性蒙皮的使用要求,且质量轻、易驱动。     

In-plane corrugated cosine honeycomb for 1D morphing skin and its application on variable camber wing

A novel 0-Poisson’s ratio cosine honeycomb support structure of flexible skin is proposed. Mechanical model of the structure is analyzed with the energy method, finite element method (FEM) and experiments have been performed to validate the theoretical model. The in-plane characteristics of the cosine honeycomb are compared with accordion honeycomb through analytical models and experiments. Finally, the application of the cosine honeycomb on a variable camber wing is studied. Studies show that mechanical model agrees well with results of FEM and experiments. The transverse non-dimensional elastic modulus of the cosine honeycomb increases (decreases) when the wavelength or the wall width increases (decreases), or when the amplitude decreases (increases). Compared with accordion honeycomb, the transverse non-dimensional elastic modulus of the cosine honeycomb is smaller, which means the driving force is smaller and the power consumption is less during deformation. In addition, the cosine honeycomb can satisfy the deform- ing requirements of the variable camber wing.     

细观力学有限元法预测复合材料宏观有效弹性模量

基于能量等效原理提出了复合材料有效弹性模量的定义，并指出了该定义的基础及前提条件。为从理论上计算复合材料宏观有效弹性模量，建立了通过细观力学有限元法计算复合材料有效弹性模量的方法。复合材料宏观弹性模量，是通过对复合材料细观结构代表性体积元的力学响应的计算来得到，在该计算方法中，给出了施加简便的边界载荷以及恰当的边界变形约束条件的方法。数值计算结果与部分试验结果具有较好的一致性，表明所提出的方法能够较好地计算复合材料的宏观有效弹性模量。     

复合材料不同截面空心柱体压溃吸能特性研究

对圆形截面和正六边形截面碳纤维复合材料空心柱体的压溃吸能特性优劣进行研究。以约束相同质量、相同铺层的方式,分别研究单胞及按蜂窝阵列排列多胞结构2种情况下的吸能特性,并通过 ANSYS 有限元分析及实物试验辅证,得出相同铺层方式不同截面的复合材料空心柱体性能优劣。单胞结构性能结果为,圆截面单胞空心柱体的压溃吸能效果优于正六边形截面的效果:按蜂窝阵列排列多胞结构性能结果为,正六边形截面蜂窝结构压溃吸能能力优于圆截面类蜂窝结构。     

Analysis of folded structures for impact resistance

The failure energy of sandwich panels with cores of the M-crimp type is considered. The results of comparative tests for impact resistance of panels with folded cores of the M-crimp type and honeycomb cores are presented.     

X-cor夹层复合材料平压性能分析

 X-cor夹层复合材料是一种采用X形Z-pin增强的新型泡沫夹层结构,在航空航天领域有着广阔的应用前景。本文对其平压模量和强度进行了理论预测和实验验证。通过分析其三维单胞力学模型,得到了X-cor夹层复合材料等效平压模量的解析式。采用Winkler弹性地基梁理论解释了泡沫芯材与Z-pin的协同增强效应,并导出了X-cor平压强度的预测公式。以碳纤维/环氧树脂制备的Z-pin分别植入PU,PMI泡沫制得X-cor夹层复合材料,通过力学实验考察了Z-pin参数以及泡沫性能等对X-cor夹层结构平压性能的影响,对理论分析进行了验证。结果证明增大Z-pin的植入角度、体积分数、直径、端部约束或采用高性能泡沫芯材均能提高X-cor平压性能,但增大长度,Z-pin容易失稳,平压强度降低。     

一种新的柔性蜂窝结构及其在变体飞机中的应用

变体色机要求机翼结构可以光滑连续地变形.机翼的蒙皮要有足够大的面内伸缩变形能力,同时还要有足够的面外承载能力.本文针对后缘变弯度机翼,设计出一种新的柔性蜂窝结构.研究了该柔性蜂窝的面内变形能力和形状参数的关系.仿真分析和试验验证表明,该柔性蜂窝结构具有足够的面内变形能力,变形后仍保持良好的面外承载能力,满足后缘变弯度机...