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。     

基于ANSYS的铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模拟研究

简要介绍了蜂窝夹芯板的结构及特点,利用ANSYS有限元模拟软件模拟分析了小球低速冲击对蜂窝铝板的损伤变形,在冲击条件参数不变的情况下,研究了蜂窝铝板结构参数(蜂窝芯边长、蜂窝芯壁厚、蒙皮板厚)对冲击变形以及吸收能量的影响。结果表明,冲击速度越快,能量吸收系数越高,蜂窝芯厚度、蒙皮板厚度增加和蜂窝芯边长减小均使蜂窝铝板耐冲击能力有所提升。     

一种新型自粘接预浸料-Nomex蜂窝板面-芯结合强度关键影响因素试验研究

以Nomex蜂窝和新型自粘接预浸料作为试验材料,通过采用均压板的共固化工艺制备蜂窝夹层板.采用滚筒剥离方法测试其面-芯结合性能,采用电子显微镜等方法观察其蒙皮-蜂窝粘接面、剥离后蒙皮表面结构及蜂窝壁端面的微观形态,并测试了蜂窝壁厚度与蜂窝壁浸渍的树脂成分.结合以上测试结果研究了在采用均压板的制备过程中工艺参数和蜂窝特征对蜂窝夹层板面-芯结合强度的影响规律,并考察了蜂窝夹层板的粘接形式.结果表明:在采用均压板模具的共固化工艺中,一定的升温速率范围内,蜂窝板的面-芯结合强度随着升温速率的减小而增大;而加压时机对蜂窝板的面-芯结合强度的大小没有明显的影响;蜂窝壁端面越粗糙、蜂窝壁树脂层厚度越小,夹层板的面-芯结合强度越好.     

一种新型自粘接预浸料-Nomex蜂窝板面-芯结合强度关键影响因素试验研究

以Nomex蜂窝和新型自粘接预浸料作为试验材料, 通过采用均压板的共固化工艺制备蜂窝夹层板。采用滚筒剥离方法测试其面-芯结合性能, 采用电子显微镜等方法观察其蒙皮-蜂窝粘接面、剥离后蒙皮表面结构及蜂窝壁端面的微观形态, 并测试了蜂窝壁厚度与蜂窝壁浸渍的树脂成分。结合以上测试结果研究了在采用均压板的制备过程中工艺参数和蜂窝特征对蜂窝夹层板面-芯结合强度的影响规律, 并考察了蜂窝夹层板的粘接形式。结果表明: 在采用均压板模具的共固化工艺中, 一定的升温速率范围内, 蜂窝板的面-芯结合强度随着升温速率的减小而增大; 而加压时机对蜂窝板的面-芯结合强度的大小没有明显的影响; 蜂窝壁端面越粗糙、蜂窝壁树脂层厚度越小, 夹层板的面-芯结合强度越好。     

多孔火山岩超高速撞击蜂窝夹层板试验研究

为研究航天器蜂窝夹层结构的超高速撞击防护性能,采用轻质多孔火山岩弹丸模拟微流星体,进行超高速撞击试验,研究蜂窝夹层板的损伤特性。结果表明:采用硅橡胶垫片,结合弹托使用,可实现轻质、脆性火山岩弹丸的超高速完整发射;在火山岩弹丸超高速撞击条件下,蜂窝夹层板主要发生正面蒙皮穿孔、蜂窝芯层坍塌、背面蒙皮花瓣开裂、脱胶等损伤模式;正面蒙皮穿孔直径随弹丸直径的增大而增大;蜂窝芯层坍塌面积和背面蒙皮损伤面积不仅与冲击能量、弹丸直径相关,还与冲击位置相关。     

格栅-蜂窝混式芯体夹芯结构的低速冲击性能

针对传统复合材料夹芯结构抗冲击性能差的缺陷,提出一种格栅-蜂窝混式芯体,并对其低速冲击性能进行了研究。采用半球头式落锤冲击实验平台对碳纤维铝蜂窝夹芯结构的低速冲击响应进行研究;其次基于蜂窝非线性本构与完美界面假设,建立了碳纤维铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模型,实验与仿真结果吻合良好;最后对不同冲击位置和冲击角度下格栅-蜂窝混式芯体夹芯板的破坏模态及力学响应进行研究。结果表明:不同冲击位置及不同角度冲击下结构损伤模态及吸能模式存在巨大差异;格栅-蜂窝混式芯体可以显著提高结构的抗低速冲击性能,对于冲击损伤具有良好的限制作用。     

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。     

正弦曲边负泊松比蜂窝结构面内冲击性能研究

提出了一种引入正弦函数曲线的负泊松比蜂窝结构,通过改变振幅、胞壁厚度等微结构几何参数,建立了参数化的正弦曲线负泊松比蜂窝结构模型。研究了冲击速度和微结构几何参数对正弦曲线蜂窝结构面内冲击变形模式、动态响应和吸能特性的影响。研究表明:正弦曲线负泊松比蜂窝结构的面内冲击性能主要与其振幅、壁厚以及冲击速度有关。中低速冲击时,振幅越大,胞壁越厚,结构面内变形越均匀。随着冲击速度的提高,增大振幅、壁厚均可一定程度增加冲击端的平台应力。对结构吸能特性的分析表明,振幅较小的正弦曲线负泊松比蜂窝结构具有更强的能量吸收能力,相对于内凹六边形蜂窝结构,能够显著降低峰值冲击力。     

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。      

铝合金蜂窝结构轴向压缩吸能特性

基于轴向平压试验,对不同边长的蜂窝铝吸能特性展开评估,并利用ABAQUS/Explicit软件进行平压试验仿真,仿真结果和试验基本吻合,同时获取了蜂窝铝结构的仿真参数。通过该仿真模型研究了壁厚对蜂窝铝吸能特性的影响,并引入了参数质量比吸能增率,表征质量增率与吸能增率的关系。结果表明,在吸能体积一定的情况下,边长减小或壁厚增加时,吸能增率为质量增率的两倍。     

夹层结构复合材料低速冲击试验与分析

设计了聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫、 交联聚氯乙烯(X-PVC)泡沫、 NOMEX蜂窝、 缝合PMI以及开槽PMI泡沫等形式的玻璃布面板夹层结构复合材料, 研究了芯材种类和厚度、 面板玻璃布层数以及缝合和开槽等因素对夹层结构低速冲击性能的影响。结果表明, PMI泡沫芯较X-PVC泡沫芯和NOMEX蜂窝芯具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫密度及面板厚度的增加, 夹层结构复合材料的冲击破坏载荷和破坏吸收能量增大。合理的缝合和开槽, 能够增加PMI泡沫夹层结构的强度、 刚度及界面性能, 提高冲击承载能力。     

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。     

泡沫铝夹层结构复合材料低速冲击性能

以泡沫铝为夹芯材料,玄武岩纤维(BF)和超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)复合材料为面板,制备夹层结构复合材料。研究纤维类型、铺层结构和芯材厚度对泡沫铝夹层结构复合材料冲击性能和损伤模式的影响规律,并与铝蜂窝夹层结构复合材料性能进行对比分析。结果表明:BF/泡沫铝夹层结构比UHMWPE/泡沫铝夹层结构具有更大的冲击破坏载荷,但冲击位移和吸收能量较小。BF和UHMWPE两种纤维的分层混杂设计比叠加混杂具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫铝厚度的增加,夹层结构复合材料的冲击破坏载荷降低,破坏吸收能量增大。泡沫铝夹层结构比铝蜂窝夹层结构具有更高的冲击破坏载荷,但冲击破坏吸收能量较小;泡沫铝芯材以冲击部位的碎裂为主要失效形式,铝蜂窝芯材整体压缩破坏明显。     

Impact response of integrated hollow core sandwich composite panels

This paper deals with an innovative integrated hollow (space) E-glass/epoxy core sandwich composite construction that possesses several multi-functional benefits in addition to the providing lightweight and bending stiffness advantages. In comparison with traditional foam and honeycomb cores, the integrated space core provides a means to route wires/rods, embed electronic assemblies, and store fuel and fire-retardant foam, among other conceivable benefits. In the current work, the low-velocity impact (LVI) response of innovative integrated sandwich core composites was investigated. Three thicknesses of integrated and functionality-embedded E-glass/epoxy sandwich cores were considered in this study—including 6, 9 and 17 mm. The low-velocity impact results indicated that the hollow and functionality-embedded integrated core suffered a localized damage state limited to a system of core members in the vicinity of the impact. The peak forces attained under static compression and LVI were in accordance with Euler's column buckling equation. Stacking of the core was an effective way of improving functionality and limiting the LVI damage in the sandwich plate. The functionality-embedded cores provided enhanced LVI resistance due to energy additional energy absorption mechanisms.     

Impact behavior and energy absorption of paper honeycomb sandwich panels

Dynamic cushioning tests were conducted by free drop and shock absorption principle. The effect of paper honeycomb structure factors on the impact behavior was analyzed. Results of many experiments show that the dynamic impact curve of paper honeycomb sandwich panel is concave and upward; the thickness and length of honeycomb cell-wall have a great effect on its cushioning properties; increasing the relative density of paper honeycomb can improve the energy absorption ability of the sandwich panels; the thickness of paper honeycomb core has an up and down fluctuant effect on the cushioning properties; with the increase of the thickness of paper honeycomb core, the effect dies down; flexible corrugated paperboard as liners can improve the compression resistance and cushioning properties of paper honeycombs. The research results can be used to optimize the structure design of paper honeycomb sandwich panel and material selection for packaging design.     

钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能研究

鉴于泡沫铝材料优异的吸能特性和夹层结构在强度、刚度上的优势,提出了分层结构为钢板-泡沫铝芯层-钢板的抗爆组合板。对厚度为10 cm、7 cm和5 cm的组合板进行了5组不同装药量的爆炸试验,考察了各板在不同装药量爆炸条件下的变形及破坏情况,并对变形破坏过程进行了理论分析。研究表明:组合板承受爆炸冲击荷载时,通过局部压缩变形和整体弯曲变形吸收能量。钢板相同时,适当增大泡沫铝芯层厚度,增强面板与芯层间连接,可提高该组合板的抗爆性能,防止组合板发生剥离,减小其承受爆炸冲击荷载时产生的变形。     

纸蜂窝夹芯复合板材静态缓冲性能研究

目的为了新型纸蜂窝夹芯复合板材在运输包装中的推广应用,对新型泡状纸蜂窝夹芯复合板和纸蜂窝夹芯复合平板的缓冲性能和吸能特性进行研究。方法主要通过静态压缩实验,研究不同芯高的纸蜂窝结构类板材的应力-应变曲线、总能量吸收图、单位体积能量吸收图和缓冲系数-应变曲线,分析结构和芯高对板材静态压缩性能的影响。结果数据表明同种芯高的板材,纸蜂窝夹芯复合平板的应力峰值稍高;纸蜂窝夹芯复合平板的能量吸收、单位体积能量吸收最好;泡状纸蜂窝夹芯板由于泡结构的作用,缓冲性能大大增强。结论纸蜂窝夹芯复合平板的平压强度最好,而泡状纸蜂窝夹芯复合板的缓冲性能优于同等结构的蜂窝纸板,2种板材都有很好的应用前景。     

蜂窝金属夹芯板重复冲击动态响应研究

蜂窝金属及其夹芯结构是一种物理功能与结构一体化的新型轻质高强结构,广泛应用于结构轻量化与碰撞冲击防护领域。采用ABAQUS非线性有限元软件建立了蜂窝金属夹芯板(honeycomb sandwich panel,HSP)结构动态冲击数值仿真模型,数值仿真计算结果与文献实验结果吻合较好,验证了数值仿真模型的正确性。在此基础上,开展了重复冲击载荷作用下蜂窝金属夹芯板结构动态响应研究,得到了重复冲击力时程曲线、动态变形时程曲线、冲击力位移曲线以及最终挠度,分析了冲击能量、蜂窝壁厚以及上、下面板厚度分配对蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态响应的影响规律。研究结果表明,重复冲击载荷作用下蜂窝金属夹芯板结构上、下面板弯曲变形以及蜂窝芯层压缩变形逐渐积累,蜂窝芯层薄壁结构逐渐达到密实化,结构抗弯刚度逐渐上升,变形增量逐渐减小,结构整体能量吸收率下降。通过调节蜂窝壁厚和上、下面板厚度分配可以显著调节蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态响应与能量吸收性能。     

High Velocity Impact Response of Composite Lattice Core Sandwich Structures

In this research, carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite sandwich structures with pyramidal lattice core subjected to high velocity impact ranging from 180 to 2,000 m/s have been investigated by experimental and numerical methods. Experiments using a two-stage light gas gun are conducted to investigate the impact process and to validate the finite element (FE) model. The energy absorption efficiency (EAE) in carbon fiber composite sandwich panels is compared with that of 304 stainless-steel and aluminum alloy lattice core sandwich structures. In a specific impact energy range, energy absorption efficiency in carbon fiber composite sandwich panels is higher than that of 304 stainless-steel sandwich panels and aluminum alloy sandwich panels owing to the big density of metal materials. Therefore, in addition to the multi-functional applications, carbon fiber composite sandwich panels have a potential advantage to substitute the metal sandwich panels as high velocity impact resistance structures under a specific impact energy range.     

纸瓦楞-蜂窝复合夹层结构的跌落冲击缓冲性能研究

针对纸瓦楞与纸蜂窝的复合夹层结构在跌落冲击动态压缩条件下的缓冲防护性能,研究了纸蜂窝厚度对单面、双面复合形式的冲击加速度响应、变形特征和缓冲吸能特性的影响规律。结果表明,瓦楞夹层先压溃,其次是蜂窝夹层,而且较大的蜂窝厚度会引起纸蜂窝芯层的次坍塌行为。在相同冲击质量或冲击能量条件下,同一蜂窝厚度的单面复合夹层结构的单位体积吸能、比吸能和行程利用率较双面复合结构分别增加了7.94%、28.34%和8.47%,但总吸能较于双面复合结构降低了16.12%,单面复合夹层结构的缓冲吸能特性优于双面复合夹层结构,而双面复合夹层结构的抗冲击性能优于单面复合夹层结构。对于纸蜂窝厚度10 mm、15 mm、20 mm和25 mm的复合夹层结构,低冲击能量作用下蜂窝厚度的增加降低了结构的缓冲吸能特性,高冲击能量作用下蜂窝厚度的增加提高能量吸收能力。纸蜂窝厚度10 mm、15 mm、20 mm和25 mm的复合夹层结构的比吸能、单位体积吸能和行程利用率是蜂窝厚度70 mm的复合夹层结构的1 倍~3 倍,较低厚度的纸蜂窝更有利于复合夹层结构的缓冲吸能。