四边固支对称蜂窝夹层板主共振非线性动力学计算

应用同伦分析方法(HAM)研究了四边固支对称蜂窝夹层板主共振情况下的非线性动力学特性。将铝基蜂窝芯层等效为一正交异性层, 等效弹性参数由修正后的Gibson方程得出。基于经典叠层板理论(CPT)和几何大变形理论建立了四边固支蜂窝夹层板受横向激振力作用下的受迫振动微分方程, 通过振型正交化将蜂窝夹层板受迫振动微分方程简化成双模态下的动力学控制方程, 得到了主共振情况下的平均方程, 研究了不同结构参数对动力学特性的影响。计算结果表明, 蜂窝夹层板的幅频特性曲线类似单自由度Duffing方程响应曲线, 随着结构参数的增大, 硬特性明显加大并且振幅的峰值明显减小, 所得结论可为蜂窝夹层板的设计和实际应用提供理论依据。     

对边简支负泊松比蜂窝夹层板的弯曲自由振动

负泊松比蜂窝夹层板作为一种特殊的复合材料结构,目前对其动态行为尚缺乏认识。应用Reddy剪切板理论分析了对边简支负泊松比蜂窝夹层板的弯曲振动。将内凹六边形胞元的蜂窝芯层等效为一正交异性层,芯层的等效弹性参数由修正后的Gibson公式得出。由具体算例可知经典叠层板理论和一阶剪切板理论不适合用于蜂窝夹层板的振动分析。应用Reddy剪切板理论研究了蜂窝夹层板板厚比、芯层板厚及胞元角度对弯曲振动频率的影响,并绘出相应的曲线图。结果表明:对于对边简支负泊松比蜂窝夹层板,当板厚比小于某一值时,固有频率参数随板厚比的增加而增加;但当板厚比大于该值时,固有频率参数随板厚比的增加呈现复杂的变化形式。本文得到的结果为蜂窝夹层板的设计和实际应用提供了理论依据和数值参考。      

四边简支双曲率蜂窝夹层薄壳自由振动分析

基于Reddy三阶剪切理论,研究了四边简支双曲率蜂窝夹层薄壳的自由振动,以及结构参数对蜂窝夹层薄壳固有频率的影响.将由六边形胞元组成的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公式得到,应用Reddy三阶剪切理论和Hamilton变分原理推导出四边简支条件下双曲率蜂窝夹层薄壳的频率方程.具体算例表明,采用Reddy三阶剪切理论计算的固有频率精度较高;双曲率蜂窝夹层薄壳的曲率、厚度比及胞元角度对蜂窝夹层壳固有频率有不同程度的影响,其中蜂窝夹层薄壳的固有频率随曲率的增大而增大,随厚度比的增大呈波动变化,随胞元角度的增大而减小.     

四边简支新型类方形蜂窝夹层结构振动特性研究

新型类方形蜂窝是六边形蜂窝的一种过渡形式,对其等效弹性参数和振动特性的研究具有重要意义。采用改进的Gibson公式对比分析了双壁厚与等壁厚类方形蜂窝夹芯的面内等效弹性参数的差异,并应用经典层合板理论分析了不同等效弹性参数下2种壁厚类型的四边简支类方形蜂窝夹层结构的振动特性,基于有限元仿真技术分析了不同壁厚类方形蜂窝夹层结构的振动特性,并与理论分析结果进行对比。结果表明等效弹性参数的数值模拟结果与理论值基本吻合。在蜂窝基本结构参数相同的条件下,双壁厚类方形蜂窝夹芯的面内等效剪切模量、面外刚度和等效密度均比等壁厚类方形蜂窝夹芯大;在低阶振动模态下,双壁厚类方形蜂窝夹层结构的固有频率比等壁厚类方形蜂窝夹层结构的低,在高阶振动模态下,双壁厚类方形蜂窝夹层结构的固有频率比等壁厚类方形蜂窝夹层结构的高;影响夹层结构固有频率的3个主要因素所占权重由大到小依次为蜂窝夹芯yoz面等效剪切模量、蜂窝夹芯等效密度,蜂窝夹芯壁厚。研究结果表明采用经典层结构理论计算得到类方形蜂窝夹层结构的固有频率与数值仿真结果的一致性较好,这进一步证明了采用改进Gibson公式得到的类方形蜂窝夹芯等效弹性参数的正确性,同时证明了将该振动理论运用到一般蜂窝夹层结构研究的可行性,为扩展研究其他类型蜂窝夹层结构振动特性奠定了基础。     

四边简支条件下正交各向异性蜂窝夹层板的固有特性分析

以四边简支正交各向异性矩形蜂窝夹层板为研究对象,应用Reissner-Mindlin夹层板剪切理论,在考虑横向剪切变形的基础上,给出了一种将夹层板弯曲控制方程组化为仅含一个位移函数的单一方程的方法,从而获得了四边简支条件下矩形蜂窝夹层板弯曲振动固有频率的精确解,理论结果与数值结果和实验结果取得很好的一致,验证了本文方法的合理性;在此基础上研究了面板、芯层的各项结构和材料设计参数对夹层板其固有频率的影响,并对各设计参数对夹层板固有频率的调控机理进行了分析。研究结果对蜂窝夹层板的结构设计和工程应用具有指导意义。     

蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法

提出蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法。采用三明治夹芯板理论建立铝蜂窝夹层结构的初始有限元模型,其中芯层等效弹性参数由均匀化方法计算。据芯层结构及相对灵敏度分析选存在不确定性且对动态特性敏感性较大的面外剪切模量及面板厚度为待识别参数。对6块铝蜂窝复合材料板进行自由-自由边界条件下动态试验,获得试验模态参数的均值及标准差。据试验结果采用所提方法识别铝蜂窝夹层板不确定性参数。结果表明,对存在不确定性参数的铝蜂窝夹层复合材料用该方法能准确识别铝蜂窝夹层板不确定参数的均值及标准差。并建立具有准确统计意义的动力学模型。     

蜂窝芯层等效参数研究综述

蜂窝芯层等效参数的相关研究是蜂窝夹层结构设计和计算的重要基础,深入研究蜂窝芯层的力学特性具有重要的应用意义。对蜂窝芯层等效参数的研究进行了综述,首先介绍蜂窝芯层面内等效参数的研究进展,主要基于经典梁理论和均匀化理论,从线性和非线性两方面展开综述。然后介绍芯层面外等效参数研究,围绕各种计算方法、等效力学模型、线性和非线性等效,以及各自的优缺点等问题进行总结和评述。此外还对一些解析公式的精度和适用范围进行了比较,以方便工程应用。最后,指出了这一领域需要进一步研究的若干问题。     

简支边界条件下超椭圆蜂窝夹芯板的自由振动

基于Reddy三阶剪切板理论,将铝基蜂窝芯层等效为一正交异性层,等效弹性参数由修正后的Gibson公式得出,对简支边界条件下超椭圆蜂窝夹芯板弯曲振动的固有频率进行了理论推导,应用具体算例与实验值和有限元计算结果进行了验证,结果表明本文方法具有较高的计算精度。研究了板宽、板厚和芯层胞元结构参数对简支边界条件下超椭圆蜂窝夹芯板固有频率的影响,并绘出相应的曲线图,该曲线图对超椭圆蜂窝夹芯板的工程应用具有指导意义。     

基于高阶剪切理论的复合材料格栅夹层板弯曲特性

基于高阶剪切弯曲理论,对含有软质芯材的复合材料格栅夹层板的弯曲特性进行了理论研究。基于能量法,推导了含有软质芯材的复合材料格栅的等效弹性参数计算式;基于高阶剪切弯曲理论,推导了夹层板的弯曲平衡微分方程,并采用Navier方法,给出了分布载荷作用下四边简支、上下表层为对称正交铺层的夹层板弯曲问题的理论解;用算例对典型格栅夹层板的理论解和有限元仿真解进行了对比,两者误差为7.1%,验证了本文理论方法的正确性;并分析了夹层板跨厚比、格栅厚度、格栅复合材料铺层角度、格栅间距等参量对含有软质芯材的典型复合材料格栅夹层板弯曲挠度的影响规律。      

基于夹层板理论的圆形孔蜂窝结构隔声量研究

蜂窝夹层结构广泛应用于航空航天、船舶、高速列车等交通工具领域。基于三明治等效理论建立了圆形蜂窝结构层芯的等效剪切参数,从而得到简支边界条件下的圆形孔蜂窝夹层板的声振耦合振动模型及传声损失,并在仿真中数值验证了理论模型的正确性。同时基于理论计算,分析了圆形孔蜂窝结构中的层芯胞元半径、层芯壁厚和结构材料对隔声量的影响。由分析可知:层芯半径小、壁厚薄的钢材圆形蜂窝结构具有更好的隔声性能。     

湿热环境对复合材料蜂窝板振动特性的影响

为了研究复合材料蜂窝板在湿热环境下的振动特性,针对由碳纤维/双马来酰亚胺复合材料层合板和Nomex芯层复合而成的蜂窝板进行了不同温湿度下固有频率的数值分析。基于分段剪切变形理论,分别考虑复合材料蜂窝薄板和厚板两种情况,利用湿度与温度的等效性,求解了复合材料蜂窝板的振动特征方程。利用有限元软件ABAQUS,建立了四端固支的复合材料蜂窝板精细化模型。分别讨论了温度、湿度、温湿度联合作用对复合材料蜂窝薄板和厚板固有频率的影响。结果表明:相比于温度的升高,复合材料蜂窝板固有频率对吸湿量的增加更为敏感;相同的湿热环境下,复合材料蜂窝厚板结构的固有频率比薄板结构大,且阶次越高,固有频率上升的幅度越大;温湿度的联合作用比它们单独作用的叠加对复合材料蜂窝板固有频率的影响更大,且在复合材料蜂窝薄板中更加明显。      

纸蜂窝夹层板主共振频率的影响因素

目的 研究芯层结构因素和静应力因素对纸蜂窝夹层板-质量系统主共振频率的影响。方法 采用正弦振动试验测试纸蜂窝夹层板-质量系统的振动传递特性,分析不同静应力作用下不同蜂窝芯的纸蜂窝夹层板-质量系统的主共振频率变化规律。结果 纸蜂窝夹层板-质量系统的主共振频率在150~350 Hz之间;蜂窝芯结构及芯层材料影响纸蜂窝夹层板的刚性,从而影响系统的主共振频率;载荷质量变化引起静应力的变化,也会影响系统的主共振频率。主共振频率均随蜂窝胞元边长、纸板厚度、芯纸定量及静应力的增大而降低。结论 可为纸蜂窝夹层板的振动传递特性研究提供基础,有助于不同材质蜂窝夹层板的优化设计。     

结构参数对CFRP蒙皮-铝蜂窝夹层板低速冲击性能的影响

针对碳纤维增强树脂复合材料（CFRP）蒙皮-铝蜂窝夹层结构,使用半球头式落锤冲击试验平台进行了低速冲击载荷下蜂窝芯单元尺寸对夹层板冲击性能影响的试验探究,并基于渐进损伤模型、内聚力模型和三维Hashin失效准则,在有限元仿真软件ABAQUS中建立了含蒙皮、蜂窝芯、胶层的CFRP蒙皮-铝蜂窝夹层板精细化低速冲击仿真模型,仿真结果与试验结果吻合较好。利用该数值模型进一步探究了蜂窝芯高度、蒙皮厚度和蜂窝芯壁厚等结构参数对于蜂窝夹层板低速冲击吸能效果的影响。结果表明:增大铝蜂窝芯的单元边长,会减小蜂窝夹层板的刚度,提升夹层板的吸能效果;芯层高度对夹层板的刚度及抗低速冲击性能影响较小;增大蜂窝夹层板的蒙皮厚度,可以提高夹层板的刚度,但会降低夹层板的吸能效果;增大蜂窝芯的壁厚,可以提高夹层板的刚度和抗低速冲击性能。      

The influence of core height and face plate thickness on the response of honeycomb sandwich panels subjected to blast loading

This paper reports on an investigation into the behaviour of circular sandwich panels with aluminium honeycomb cores subjected to air blast loading. Explosive tests were performed on sandwich panels consisting of mild steel face plates and aluminium honeycomb cores. The loading was generated by detonating plastic explosives at a pre-determined stand-off distance. Core height and face plate thickness were varied and the results are compared with previous experiments. It was observed that the panels exhibited permanent face plate deflection and tearing, and the honeycomb core exhibited crushing and densification. It was found that increasing the core thickness delayed the onset of core densification and decreased back plate deflection. Increasing the plate thickness was also found to decrease back plate deflection, although the panels then had a substantially higher overall mass.     

长厚比对正六边形铝蜂窝夹层板等效板模型动力学计算精度的影响

为提高正六边形铝蜂窝夹层板的数值计算精度,研究了长厚比对其等效板模型动力学计算精度的影响。针对芯层均匀壁厚的正六边形铝蜂窝夹层板,首先研究了它的等效板模型,包括Reissner理论模型、蜂窝板理论模型和层合板低阶剪切理论模型;然后,将等效板模型与精细化模型相同模态振型的模态频率进行比较,分析了长厚比对等效板模型动力学计算精度的影响。结果表明:芯层均质化后模型模态频率的计算误差很小;层合板低阶剪切理论模型是计算精度较高的等效板模型;Reissner理论模型在长厚比为7.37时计算精度最低,蜂窝板理论模型对厚板的计算精度比薄板低,层合板低阶剪切理论模型对厚板的计算精度比薄板高。      

Active constrained layer damping of smart laminated composite sandwich plates using 1–3 piezoelectric composites

This paper deals with the analysis of active constrained layer damping (ACLD) of sandwich plate with laminated composite faces. The constraining layer of the ACLD treatment is composed of the vertically/obliquely reinforced 1?C3 piezoelectric composites. Several honeycomb core materials like HEREX honeycomb and honeycomb with foam fill separated by different facing materials have been studied and a three-dimensional finite element model has been developed considering first order shear deformation theory individually for each layer of the sandwich plate. The effect of the ratio between the face sheet thickness and the core thickness of the sandwich plate on the frequency response has been studied. Particular emphasis has been placed on investigating the effect of the variation of piezoelectric fiber orientation angle on the performance of the ACLD treatment.     

复合材料蜂窝夹层板结构的多工况优化设计研究

以复合材料蜂窝夹层板结构作为研究对象,建立了多工况优化模型,对众多的材料设计变量进行必要的取舍,通过优化分析确定复合材料蜂窝夹层板面板各分层的厚度以及蜂窝芯层的厚度等,使结构满足相应的频率约束、屈曲约束,以及强度约束、位移约束和尺寸限制等,同时达到结构的重量最轻。采用序列二次规划法对某卫星的承力筒结构进行了优化设计,优化结果表明:在满足其振动特性以及静力学特性的条件下,复合材料蜂窝承力筒的各面板层厚度以及蜂窝芯层的厚度均有所减小,减重效果显著,较好地实现了复合材料蜂窝夹层板结构的多工况优化设计。