蜂窝芯体材料面外等效弹性模量预测与分析

基于最小势能原理和最小余能原理,选择比Kelsey模型所用表征单元更简化的单元为研究对象,推导出与之完全相同的蜂窝芯体面外等效弹性模量的解析表达式。采用有限元法预测一组典型商用正六边形蜂窝芯体的面外等效弹性模量,并将解析解模型预测值、有限元模型预测值与厂家公布的材料试验数据进行对比。提出一组基于解析解模型的修正公式用于预测与分析典型正六边形蜂窝芯体的面外等效弹性模量。     

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...     

飞机复合材料起落架舱门优化设计

蜂窝夹芯复合材料逐渐取代铝合金成为舱门的首选材料,其刚度设计及结构减重在飞机的结构设计中十分重要。通过参数化建模建立了蜂窝夹芯结构复合材料舱门的有限元模型,并进行起落架舱门的模拟计算。在打开和关闭两种工况下以刚度和强度为约束,优化舱门的几何结构和复合材料参数。建立代理模型后采用多岛遗传算法和序列二次规划相结合进行优化,实现了蜂窝夹芯结构复合材料舱门的优化设计。通过优化设计,所得到的舱门比原铝合金舱门具有更高的强度和刚度。优化后复合材料舱门重量比优化前下降了11.5%,比铝合金舱门减少了39.6%,起落架舱门总重量明显降低。同时,建立代理模型后再优化的方法优化效率高,解决了多优化变量下找不到最优解的问题。     

蜂窝结构吸波材料等效电磁参数的计算

用介质波导理论导出了蜂窝结构吸波材料的特征方程;数值计算了蜂窝结构中电磁波传播常数及其等效介电常数与等效磁导率。其主模的传播常数是介于芯与壁单质平面波的传播常数之间,等效电磁参数具有色散特性。     

金属蜂窝夹芯板瞬态热性能的计算与试验分析

 掌握热防护系统(TPS)中热结构超合金蜂窝面板在热环境下的传热隔热特性,是飞行器防热结构设计的先决条件。从镍基高温变形合金蜂窝板隔热试验出发,结合蜂窝板的试验和实际使用环境下的对流换热理论分析,建立了考虑夹芯的辐射、传导和对流传热形式的蜂窝面板的瞬态传热数值计算模型,得出镍基合金蜂窝板在高温下的防热特性。通过与试验结果进行对比,分析了试验误差和不同环境间的修正。讨论了部分蜂窝板设计参数对隔热效果的影响,得到了不同材料常数和蜂窝芯壁厚对隔热效果的影响规律。     

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。     

轻质量低成本无人机舵面结构优化与验证

复合材料蜂窝夹芯结构因其高比强度、比模量及可设计性而广泛应用于航空飞行器结构。文章提出了 1种轻质量、低成本舵面结构方案——通过增大蜂窝芯密度使其剪切模量提高,进而降低复合材料面板应力水平,减小面板厚度。首先,根据理论选择通过增大蜂窝密度提升蜂窝剪切模量;然后,对结构进行有限元计算与分析,发现蒙皮应力水平随蜂窝芯剪切模量增大而显著降低;最后,设计不同蜂窝芯密度的蜂窝夹芯结构进行试验。试验结果证明,蜂窝芯越致密,其典型力学性能越高,冲击后的剩余强度也越高。     

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。     

侧壁开孔蜂窝夹芯结构的传热性能分析

针对侧壁开孔蜂窝夹芯结构，建立了蜂窝单元高温辐射-导热耦合传热模型，采用有限元方法分析了内部传热机制，获得了其高温等效导热系数。讨论了开孔形状、开孔参数、孔排布形式等结构参数对等效导热系数的影响，拟合得到了等效导热系数的计算关联式。研究表明：开孔形状对蜂窝单元等效导热系数几乎无影响；等效导热系数随孔隙率增大而减小，受开孔数影响较小。并联开孔相对于串联开孔时等效导热系数更低，孔隙率14%、孔数为4时等效导热系数比串联时小8.4%，相较于未开孔时降低16.1%。     

铝蜂窝夹芯带铜网复合材料壁板胶接技术研究

针对铝蜂窝夹芯带铜网复合材料壁板胶结过程中遇到的实际问题,主要通过金属与复合材料的混杂成型工艺、蜂窝芯收缩变形控制技术、选择合适的胶粘剂、胶结质量验证等几个方面进行了研究。最终通过可操作性、消除铜网与预浸料织物热膨胀系数不同所带来的影响、防止蜂窝芯收缩工艺、选择合适的胶膜及固化参数的确定4个方面对铝蜂窝夹芯带铜网复合材料壁板胶接技术进行研究,并通过随炉试板的测试和无损检测技术验证了该工艺方法的可行性。     

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.     

Modeling of Heat Conduction in Thermoplastic Honeycomb Core/Face Sheet Fusion Bonding

Honeycomb sandwich materials have been widely used in aerospace industry as secondary structural materials or interior panels. Recently the research of full thermoplastic honeycomb sandwich materials has been of interest due to their recyclability. In their production, they usually demand an adhesive-free process, namely fusion bonding, to connect thermoplastic honeycomb core and face sheets. It is a heat induced process where a parameter of temperature should be well controlled to guarantee the product quality. This article presents a mathematical model of heat conduction to analyze the transient temperature distribution from heating tools towards inner part of the core under fusion bonding conditions. In order to simplify the complexity of 3D honeycomb geometry, a homogenization method is used to obtain average thermal properties of the honeycomb along the major heat flux direction. The model is validated by comparing with the results of in-situ temperature measurement during fusion bonding. The presented model can also be applied to analyzing general out-of-plane heat conduction through honeycomb sandwich structures made from other materials.     

圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯的切削力和表面质量研究

为了研究圆片刀加工参数对切削力和表面质量的影响,首先对圆片刀超声切削和普通切削的切削力进行了理论分析,在此基础上开展了圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯试验,获得了进给速度、刀具转速和超声振幅对切削力的影响规律。进一步以蜂窝芯孔壁撕裂数量和长度作为加工表面质量的表征参数,定量研究了加工参数对于蜂窝芯表面质量的影响。试验结果表明:普通切削条件下,增大刀具转速和减小进给速度可以有效降低切削力;随着超声振幅的增大,切削力显著减小,相比普通切削,当超声振幅为35μm时,进给方向的切削力和刀具轴向的切削力分别减小53.1%和33.9%;切削力试验结果与理论分析结果一致。此外,Nomex蜂窝芯孔壁撕裂数量随着刀具转速的增大和进给速度的降低而减少,超声振动作用可以有效减少蜂窝芯孔壁撕裂的数量和长度。研究为圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯的加工参数的选择提供参考。     

M-型皱褶芯材夹层板吸能性能研究

作为先进复合材料夹层结构,皱褶夹层板是一种具有众多优点的新型夹层板结构。本文建立了带有缺陷的皱褶芯材有限元模型,对M-型皱褶芯材的能量吸收率和几何参数之间的关系进行了研究。压缩试验仿真结果与CELPACT项目中的试验结果相符。与蜂窝芯材相比,皱褶芯材在吸能性能上表现出了很大的优势,其能量吸收率是蜂窝芯材的两倍多。此外,本文采用响应面法获得了M-型皱褶芯材几何参数和吸能性能指标之间的关系。最后,以吸能性能最优为目标,采用拉丁超立方抽样(LHS)方法获得初始样本,以多目标非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对皱褶芯材进行了优化。     

蜂窝材料及孔格结构技术的发展

介绍了一种新型的芳纶/酚醛型高模量、高强度的Korex蜂窝芯材.并对不同孔格-密度的Korex蜂窝芯材进行了力学性能和典型使用性能的对比,给出了几种新型的蜂窝结构.新型蜂窝材料和新型蜂窝孔格结构的研究,将有效地提高蜂窝结构的力学性能,显著地降低结构重量,提高使用可靠性,有利于扩大蜂窝结构在航空航天及其他工业领域中的应用.     

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.     

蜂窝填充薄壁盒式梁的约束弯曲

在刚性剖面假设的基础上分析具有蜂窝芯材薄壁盒式梁约束弯曲问题。应用分离变量法,建立并求解了两个常微分支配方程。边界条件可以精确满足,同时,解答是用本征函数展开式表达的。剪力图是由三角级数表示的,并用于决定上述本征函数展开式的待定系数。计算结果给出了蒙皮正应力与剪应力以及蜂窝芯材剪应力沿翼弦和翼展的分布规律并显示了附加应力的衰减情况。     

裂纹叶片振动特性研究

建立应用传递矩阵法求解裂纹叶片振动特性的方法,以矩形截面裂纹悬臂梁为计算实例,分析了沿叶宽等深度扩展的横向裂纹位置、深度对其弯曲型振动特性的影响。选用方波函数模拟裂纹开合过程,理论分析了裂纹叶片的非线性振动特性。通过裂纹试件实验,对理论研究方法和结果做了验证。提出了叶片裂纹故障在线监测特征量的选择建议     

蜂窝填充薄壁盒式梁的约束扭转

在刚性剖面假设的基础上分析具有蜂窝芯材薄壁盒式梁约束扭转问题。应用分离变量法,建立并求解了两个常微分支配方程。边界条件可以精确满足,同时,解答是用本征函数展开式表达的。扭矩图是由三角级数表示的,并用于决定上述本征函数展开式的待定系数。计算结果给出了蒙皮正应力与剪应力以及蜂窝芯材剪应力沿翼弦和翼展的分布规律。