船舶宏观负泊松比蜂窝夹芯隔振器优化设计

对新型宏观负泊松比蜂窝夹芯船舶隔振器形状及尺寸设计方法进行研究,探讨蜂窝形状参数及壁厚对整体隔振性能影响。建立负泊松比蜂窝夹芯隔振器动力学分析有限元模型,给出蜂窝胞元壁厚、胞元宽度尺寸、胞元高度尺寸对隔振器结构应力、固有频率、底部振级及振级落差影响曲线;建立以蜂窝胞元壁厚、胞元宽度尺寸、胞元高度尺寸为设计变量的蜂窝夹芯隔振器动力学优化模型。结果证明了形状参数影响曲线的有效性,可为负泊松比蜂窝隔振器设计提供指导。     

船用新型抗冲击隔振蜂窝基座

利用蜂窝多孔材料良好的抗冲击吸能特性,改进面内刚度较低难以承载缺点,设计具有宏观负、正泊松比效应的新型船用抗冲击与低频隔振性能兼顾的蜂窝基座。调节内外圆环封板、上下面板刚度可调节蜂窝基座的固有频率及承载性能;调节蜂窝胞元壁厚、胞元角度及层数可调节基座抗冲击特性及低频隔振性能。研究保持蜂窝芯总质量不变的蜂窝层数及胞元壁厚对基座隔振性能及抗冲击性能影响,给出蜂窝胞元壁厚对基座强度、固有频率、振级落差及抗冲击性影响曲线。     

碳/碳蜂窝制备工艺及压缩与剪切行为

为了满足高分辨率航天器承载平台对尺寸稳定性、轻量化和高承载空间结构的多重需求，采用热压成型和树脂浸渍-碳化组合工艺制备了4种不同规格的碳/碳(C/C)蜂窝。以碳纤维预浸料为原料，通过热压工艺成型波纹片，用无机胶粘剂粘合片材形成蜂窝，经过浸渍-碳化工艺成型C/C蜂窝。对不同规格C/C蜂窝在不同加载方式下的力学行为进行了研究。结果表明，采用所提出组合工艺制备的C/C蜂窝未发生节点脱粘。边长5 mm蜂窝的压缩强度为8.2 MPa。在面外压缩、L向与W向剪切载荷下，C/C蜂窝的主要失效模式是双层壁脱粘分层。C/C蜂窝结构具有较高的抗压强度和良好可设计性，可能满足未来轻质高强航天器承载平台结构要求。     

倾斜胞壁Nomex蜂窝芯压剪复合力学响应

成形具有一定曲率的夹层结构时,需要将蜂窝芯铣削成曲面形状,造成蜂窝胞壁呈一定倾角,进而降低蜂窝夹芯结构面外承载能力。为了定量化分析面外载荷作用下倾斜胞壁蜂窝芯的力学性能,建立了倾斜胞壁蜂窝芯面外压剪复合有限元模型,并通过设计专用Arcan夹具实现蜂窝芯的面外压剪复合加载,用于验证模型的有效性。对比仿真与实验结果,发现蜂窝芯压剪响应及胞壁变形模式吻合较好。利用验证的有限元模型对胞壁倾角范围为0°～40°的蜂窝芯在面外压剪复合载荷下的力学响应进行了研究,结果表明随着蜂窝胞壁倾角的增大,蜂窝芯面外承载能力逐渐降低;当胞壁倾斜角由0°增加到40°,初始应力峰值下降最大幅度为47.7%,平原阶段强度下降幅度为29%;进一步分析了倾斜胞壁蜂窝芯截面芯格尺寸与胞壁倾角的几何关系,将倾斜胞壁蜂窝芯等效为具有相同截面尺寸的垂直胞壁蜂窝芯,推导了倾斜胞壁蜂窝芯在面外压缩及剪切载荷作用下的坍塌强度,揭示了胞壁倾角对蜂窝芯坍塌强度影响机制。     

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。     

基于BP网络的蜂窝铝芯力学性能预测与灵敏度分析

以蜂窝铝芯几何结构参数对其面内等效性能影响为研究对象,将正交试验和均匀化理论与有限元相结合来获得数据样本,建立了蜂窝铝芯几何结构参数与其等效弹性性能参数之间复杂非线性映射关系的网络模型,并利用贝叶斯正则化算法,实现了BP神经网络对蜂窝铝芯力学性能的预测。在较少样本数据的情况,可以较高精度地预测胞元结构参数对蜂窝铝芯等效性能的影响规律。提取该BP模型中各层的权值,运用Garson算法得到各结构参数对蜂窝铝芯等效力学性能影响程度的灵敏度系数,结果表明灵敏度分析可评估结构参数对等效力学性能的影响,可为蜂窝铝芯设计提供参考。     

基于BP网络的蜂窝铝芯力学性能预测与灵敏度分析

以蜂窝铝芯几何结构参数对其面内等效性能影响为研究对象,将正交试验和均匀化理论与有限元相结合来获得数据样本,建立了蜂窝铝芯几何结构参数与其等效弹性性能参数之间复杂非线性映射关系的网络模型,并利用贝叶斯正则化算法,实现了BP神经网络对蜂窝铝芯力学性能的预测。在较少样本数据的情况,可以较高精度地预测胞元结构参数对蜂窝铝芯等效性能的影响规律。提取该BP模型中各层的权值,运用Garson算法得到各结构参数对蜂窝铝芯等效力学性能影响程度的灵敏度系数,结果表明灵敏度分析可评估结构参数对等效力学性能的影响,可为蜂窝铝芯设计提供参考。     

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。     

CFRP圆形胞元蜂窝芯层面外剪切模量

为了减少卫星的热变形,将碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）材料圆管周期排布获得新型圆形胞元蜂窝芯层。考虑无论是Ressiner理论还是商业有限元软件ABAQUS,层合板计算热变形时,芯层的面外剪切模量均很重要,因此对CFRP圆形胞元蜂窝芯层的面外剪切进行了研究。分别从应力与应变的角度基于能量等效原理求出圆形胞元蜂窝芯层的面外剪切模量公式。以T300/环氧材料的工程常见铺层为例,比较基于ABAQUS软件计算所得剪切模量仿真解与公式计算所得理论解,其最大误差仅为10.4%,证实公式对于CFRP材料的适用性。同时用（±45°）₂铺层的T300/环氧芯层完成双剪试验,试验结果与理论结果误差为24.1%,与前人研究的铝蜂窝面外剪切模量理论解与试验解的误差相近。最后通过仿真手段证实,24.1%的误差对整体夹层结构影响较小,说明公式具有良好的工程应用价值。为以后CFRP圆形胞元蜂窝芯层的设计提供重要基础。     

凹六边形蜂窝纸板面内承载性能有限元仿真分析

目的 探究以凹六边形为芯层的蜂窝纸板的力学性能,为凹六边形蜂窝纸箱的运输包装设计提供理论基础.方法 运用有限元仿真,分析不同结构参数影响下的凹六边形蜂窝纸板的面内承载性能.结果 当水平胞壁的长度减小,其他结构参数保持不变,凹六边形蜂窝纸板面内方向上的平台应力增大,能量吸收平台阶段标准化应力增大,最佳吸能点也上升.结论 凹六边形蜂窝纸板结构参数的变化对其平台应力和能量吸收特性有深远影响,其性能研究促进了蜂窝纸箱的进一步发展.     

蜂窝纸板压痕折叠方法探讨

针对目前蜂窝纸板难以折叠成型的问题,分析了蜂窝纸板压痕困难的原因,以及实现折叠的可行性和前提条件,讨论了蜂窝纸板制作缓冲衬垫可能的压痕折叠方法,提出了搭接蜂窝纸板和改变蜂窝芯结构的方法,为解决蜂窝纸板压痕折叠问题提供参考依据。     

方孔蜂窝夹层板在爆炸载荷下的吸能特性

通过有限元数值模拟方法,对方孔蜂窝夹层板在爆炸冲击载荷下的变形机理和吸能特性进行了分析。在单位面积质量以及夹层板芯层薄壁间距、高度给定的情况下,通过对不同夹芯层相对密度下夹层板的吸能率以及上、下面板最大变形的比较,得出了最优的夹芯层相对密度。在此相对密度下,夹芯层吸能率最高,下面板变形最小,夹层板的抗冲击性能最优。同时还讨论了夹层板芯层薄壁间距、厚度、高度以及面板厚度对其各部分吸能率的影响,以得到最优化的夹层板结构。     

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。      

Structure design of reinforced honeycomb paperboard core and characterization of its out‐of‐plane bearing strength

Honeycomb paperboard's out‐of‐plane bearing performance is one of the important properties in packaging field application. Further improvement of its bearing performance has important value in engineering practice. In this paper, a honeycomb core structure was designed, and the bonding dimension and manufacturing process were designed. The mechanism of out‐of‐plane quasi‐static compression deformation of reinforced honeycomb paperboard was analyzed by experiments. The theoretical model of out‐of‐plane platform stress was constructed by applying the plastic deformation, plastic energy dissipation and energy conservation theory. The results show that the improved structure can be mechanically bonded in a flat state with less technological changes. Under the same honeycomb core material and core size parameters, the bearing strength of the improved structure increases by an average of 3.9 times to conventional structure. In order to meet the same compressive strength requirement, the improved structure can reduce the performance requirements of honeycomb core material or increase the core size compared with the conventional structure. When the honeycomb core cell is larger, the tension on the core layer required for the production process is reduced. The theoretical and experimental data are in good agreement with each other, and the relative errors are all less than 13%.     

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。      

Compressive and flexural properties of biomimetic integrated honeycomb plates

The characteristics of honeycomb plates composed of an upper and lower lamination are employed to create a novel single-sided bonded honeycomb plate (SBHP) design, and the compressive and flexural properties of these biomimetic integrated honeycomb plates are investigated. The results demonstrate that even during the fracturing of the honeycomb plates (honeycomb core), no abrupt compression paralysis occurs (which would cause the load to decrease rapidly); furthermore, our honeycomb plates exhibit superior compressive properties compared to biomimetic sandwich plates manufactured using Zhang’s needle-injection method. The interfacial bonding surface and bonding quality have no significant effect on the flexural stiffness but do affect the failure modes and flexural failure strength of the honeycomb plates. The ultimate failure of the biomimetic integrated honeycomb without a bonding layer between the panel–core layers is determined by the material strength itself; therefore, the honeycomb possesses good mechanical properties. This experimental study confirms, for the first time, the effectiveness of the biomimetic integrated honeycomb structure manufacturing method.     

碳纤维蜂窝夹层结构动特性分析

对碳纤维蜂窝夹层结构的动力学问题进行了深入分析。将碳纤维网格表面等效为正交异性薄板,铝蜂窝夹芯按蜂窝实际受力情况和尺寸大小等效为三维正交异性体,并考虑到为了防止失稳破坏而进行的蜂窝局部加密、碳纤维表板加厚及结构局部加强。所建模型经复杂结构有限元方法分析,结果和试验相吻合,表明等效模型是合理的,方法是正确的。     

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。      

Development of a satellite structure with the sandwich T-joint

In this study, a monocoque satellite structure composed of many composite sandwich panels, which consist of two carbon fiber/epoxy composite faces and an aluminum honeycomb core, was designed to reduce structural mass and to improve static and dynamic structural rigidity. To join composite sandwich panels with T-shape joints, a new I-shape side insert, which was fixed inside the composite sandwich panel edge with film adhesive, was suggested. The composite sandwich panels were assembled with bolts using the through-the-thickness insert and the I-shape side insert. The flatwise tensile and compressive tests of the composite sandwich panels were performed with respect to the bonding pressure between the composite face and the aluminum honeycomb core to achieve an optimal bonding pressure. To investigate the joint characteristics of the composite faces and the I-shape side insert, cleavage peel tests were performed with respect to the bonding thickness. Also, a finite element model of the composite sandwich T-joint with the I-shape side insert was developed from experimental results of the impulse response tests and composite sandwich T-joint static tests. From the finite element analysis, the structural reliability of the monocoque composite sandwich satellite structure was verified.     

基于FEPG有限元分析系统的树脂充模过程模拟

为优化复杂预成型体结构的液体成型工艺,基于有限元法/生死节点法模拟了复合材料液体模塑成型过程树脂流动,并针对典型矩形平板、圆板结构、I型加筋壁板充模过程进行了仿真与验证。结果表明:典型矩形平板和圆板结构的充模过程模拟结果与理论解一致性较好,验证了生死节点法跟踪树脂流动前锋的有效性。含有方腔的变厚度圆柱体和正方体三维实体结构的充模过程模拟验证了有限元方法对三维结构的适用性。基于有限元法/生死节点法的液体充模过程模拟方法对于复杂求解区域具有更好适应性,可用于复杂实体结构的液体模塑成型工艺过程树脂流动规律预测、指导模具设计及工艺优化。