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。     

正交异性蜂窝夹层板的动力学分析

采用Reddy 高阶剪切理论对正交各向异性蜂窝夹层板进行了分层研究, 推导出蜂窝夹层板的动力学基本方程, 并且对正交各向异性单向蜂窝夹层板的自由振动进行了深入的研究, 给出了对边简支时的频率方程及振型函数, 同时分析了夹芯厚度及厚跨比对其频率的影响, 并与低阶剪切理论作了比较, 结果证明高阶理论较好。      

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。      

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。     

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。     

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。      

四边固支铝基蜂窝夹层板弯曲自由振动分析

基于经典叠层板理论, 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, 对四边固支薄蜂窝夹层板弯曲振动的固有频率进行了理论推导, 研究了蜂窝夹层板厚度、 芯层板厚度对蜂窝夹层板固有频率的影响。同时利用有限元软件计算了相应参数下的固有频率。计算结果表明, 经典叠层板理论可以较准确的计算四边固支蜂窝夹层板的固有频率。      

铝蜂窝夹层板低速冲击响应及损伤模式的参数化影响

以铝蜂窝夹层板为对象，通过低速落锤试验及包含面板、胶层及蜂窝的细节仿真模型，探究了蜂窝胞元直径、蜂窝壁厚、面板厚度及冲头半径参数影响下低速冲击响应曲线及损伤模式的变化情况，确定在试验工况下的3种损伤模式：芯层屈曲、芯层剪切及夹层板穿透，其中芯层剪切模式具有更好的吸能分布。结果表明：蜂窝胞元直径与蜂窝壁厚对冲击响应与损伤模式具有类似的影响，面板厚度增加可以较大程度地提升抗冲击性能，冲头半径的大小会显著影响损伤模式。在此基础上建立与上述参数相关的损伤模式极限载荷公式，绘制相应的损伤模式图，为铝蜂窝夹层板的抗冲击设计提供参考。     

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。      

蜂窝夹层板的一种等效单层模型

本文根据正六角形蜂窝芯层的变形特点,建立了一种考虑芯层弯曲刚度的蜂窝夹层板模型,并在此基础上,将蜂窝夹层板等效为一横观各向同性材料单层板,极大地简化了此类问题分析的难度。在实例中研究了该模型的精度及适用范围。     

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.     

Free vibration analysis of composite sandwich plates with different truss cores

The free vibration of composite truss core sandwich plates is investigated. The natural frequencies of the sandwich plate are calculated by using the classic laminated plate theory, the first-order shear deformation theory, Reddy's third-order shear deformation theory, and a Zig-Zag theory. The differences between the natural frequencies, obtained from the four theories, are compared. The influences of structural parameters on the natural frequencies and the ratios of natural frequency to equivalent density of the sandwich plates with pyramidal core, tetrahedral core, and 3D-Kagome core are studied with the aid of the Zig-Zag theory.     

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。     

Enhanced modeling of laminated and sandwich plates via strain energy transformation

An enhanced first-order shear deformation theory has been developed for the deformation and stress recovery of laminated and sandwich plates. Based on the definition of Reissner–Mindlin’s plate theory, the relationships between three-dimensional and first-order shear deformation theories have been derived. It is assumed that the displacements, in-plane strains and stresses of Reissner–Mindlin’s plate theory can approximate those of three-dimensional theory, in the least-square sense. Their relationships have been systematically established and verified through the strain energy transformation. These relationships provide the closed-form recovering relations for three-dimensional variables expressed in terms of the variables of Reissner–Mindlin’s plate theory. An efficient higher-order plate theory is utilized to obtain the in-plane warping functions. Comparisons of deflection, stresses and shear correction factors of both laminated and sandwich plates using the present theory are made with the original first-order shear deformation theory and three-dimensional exact solutions.     

正交异性蜂窝夹层板动、静力学问题的等效分析方法

本文基于低阶剪切理论, 提出了正交各向异性蜂窝夹层板的一种等效分析方法, 得到等效板的工程常数和密度, 解决了国际上公认的大型有限元通用程序如NA STRAN 等不能直接计算蜂窝夹层板动、静力学问题的难题, 理论验证结果表明, 等效方法具有高精度的近似。     

蜂窝夹层铝建筑模板的几何优化与试验研究

建筑模板技术的创新对混凝土工程具有重要意义。该文对铝建筑模板采用蜂窝夹层结构的可行性进行计算分析与实验研究。首先根据Gibson理论计算蜂窝夹心结构的等效弹性参数,然后参考Reissner模型计算蜂窝夹层模板在均布荷载作用下的应力与变形,再按照铝建筑模板行业标准要求控制模板的变形条件和约束条件,对该模板蜂窝夹层结构的几何参数进行了优化。最后进行蜂窝夹层铝模板的弯曲试验,使用数字摄影测量系统获得了铝模板试件在不同载荷条件下的三维全场变形数据,试验结果与理论计算结果吻合较好。研究结果表明,采用蜂窝夹层结构可将铝建筑模板的质量降低60%以上。