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。     

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。     

零泊松比蜂窝芯等效弹性模量研究EI北大核心CSCD

采用柔性悬臂梁模型和欧拉梁模型分别对零泊松比蜂窝芯斜壁板大变形条件下的弯曲变形和蜂窝芯横壁板小变形条件下的变形进行分析,推导出了零泊松比蜂窝芯面内等效弹性模量理论计算公式,并将理论计算结果和有限元仿真及力学模型实验进行对比分析。结果表明:理论计算公式正确、有效;零泊松比蜂窝芯大变形方向等效弹性模量具有明显的非线性特征;等效弹性模量的计算应根据受力方向及应变大小选择相应的计算公式进行计算;壁板之间的夹角θ对等效弹性模量的影响很大,零泊松比蜂窝结构参数可设计性较强。     

蜂窝铝夹芯板抗侵彻性能研究EI北大核心CSCD

为探究蜂窝铝夹芯板的抗侵彻性能。对?6 mm钨球侵彻蜂窝铝夹芯板进行试验研究,得到弹道极限速度为169 m/s;为进一步比较侵彻蜂窝铝夹芯板抗侵彻规律,使用LS-DYNA进行数值模拟,将不同形状破片侵彻蜂窝铝夹芯板与间隔铝靶进行分析比较,并通过数值模拟与改进后的De Marre公式对2A12等效靶厚度计算结果进行对比分析,结果为:抗球形破片侵彻最差,夹芯层可增加靶板约18%的强度;数值模拟的等效2A12铝靶厚度为1.30 mm,理论计算为1.33 mm,相对误差在5%以内,可满足工程计算要求。研究结果可为反卫星和反航天目标战斗部的设计提供参考。     

蜂窝铝夹芯板抗侵彻性能研究

为探究蜂窝铝夹芯板的抗侵彻性能。对?6 mm钨球侵彻蜂窝铝夹芯板进行试验研究,得到弹道极限速度为169 m/s;为进一步比较侵彻蜂窝铝夹芯板抗侵彻规律,使用LS-DYNA进行数值模拟,将不同形状破片侵彻蜂窝铝夹芯板与间隔铝靶进行分析比较,并通过数值模拟与改进后的De Marre公式对2A12等效靶厚度计算结果进行对比分析,结果为：抗球形破片侵彻最差,夹芯层可增加靶板约18%的强度;数值模拟的等效2A12铝靶厚度为1.30 mm,理论计算为1.33 mm,相对误差在5%以内,可满足工程计算要求。研究结果可为反卫星和反航天目标战斗部的设计提供参考。     

等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板的面内压缩性能

为研究等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板面内压缩破坏机制, 利用材料试验机对夹芯板面内压缩性能进行了试验测试, 并开展了模拟研究。结果表明: 夹芯板的面内压缩破坏方式主要有面板折断、夹芯板屈曲失稳和夹芯板中面板与蜂窝芯脱粘3种类型。面板为夹芯板面内压缩的主要承载构件, 蜂窝芯对面板起到固支作用。面板结构参数与材料参数为影响夹芯板面内压缩抗压强度与抗压刚度主要因素, 多数蜂窝芯的结构参数与材料参数对夹芯板面内压缩抗压强度的影响微弱, 而个别蜂窝芯的结构参数对夹芯板面内压缩抗压刚度的影响比较显著。夹芯板体积一定时, 随着蜂窝芯胞体单元数量的增加, 夹芯板面内压缩的抗压强度与抗压刚度逐渐增大。      

双向梯形夹芯板柱面弯曲成形回弹分析

整体弯曲成形是制造曲面夹芯板高效且经济的方法,其成形特点与回弹预测是重点研究方向。采用结合有限元的半解析法对双向梯形夹芯的力学参数进行推导,获得夹芯等效弹性常数,分析上、下面板不等厚夹芯板柱面弯曲成形时面板与夹芯的变形特点及应力中性层的变化,在此基础上建立夹芯板平面应变弯曲回弹理论计算模型,预测夹芯板弯曲成形的应力分布与回弹,并与数值模拟及多点弯曲成形实验结果进行对比。结果表明:夹芯板回弹量与中厚板十分接近,回弹量较小,易于控制成形精度;理论预测的横截面切向应力与回弹都偏大,其中上面板应力相对误差在2.9%以内,下面板应力相对误差在6.5%以内,下面板纵向中心截面线误差在1.0mm范围内,各项误差均在很小范围内,验证了本工作回弹计算模型的准确性。     

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。     

聚氨酯弹性体隔板夹层结构的等效参数计算

针对聚氨酯弹性体的隔板夹层结构,阐述了多种不同的等效参数计算方法,并对等效参数进行计算。首先讨论和计算了不考虑结构剪切变形时的整体结构等效参数计算方法,将整体夹层结构等效为正交各向异性薄板,给出了考虑夹芯抗弯刚度的整体刚度系数表达式。其次,在考虑夹层结构夹芯存在剪切变形的情况下,推导了由分隔隔板和聚氨酯弹性体组成的夹芯胞元的等效弹性常数;最后,使用基于应变能密度等效分析的有限元方法对夹芯胞元等效弹性常数进行计算,并与理论分析结果进行对比,二者误差在10%以内。     

等腰梯形蜂窝玻璃钢夹芯板的侧压性能

使用材料试验机对等腰梯形蜂窝芯玻璃钢夹芯板面的内压缩性能进行了实验测试与模拟研究。结果表明,夹芯板面内压缩的破坏方式主要有面板折断、夹芯板屈曲失稳及面板和蜂窝脱粘。面板是夹芯板面内压缩的主要承载构件,蜂窝芯对面板起固支作用。面板的结构参数和材料参数是影响夹芯板面内压缩抗压强度与承载应力的主要因素,蜂窝芯的结构参数和材料参数对夹芯板面内压缩抗压强度的影响较小,而蜂窝芯的高度对夹芯板面内压缩承载应力有显著的影响。     

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。     

Modeling and characterization of fiber-reinforced plastic honeycomb sandwich panels for highway bridge applications

Fiber-reinforced plastic (FRP) composite decks have been increasingly used in highway bridge applications, both in new construction and rehabilitation and replacement of existing bridge decks. Recent applications have demonstrated that FRP honeycomb panels can be effectively and economically used for highway bridge deck systems. This paper is concerned with design modeling and experimental characterization of a FRP honeycomb panel with sinusoidal core geometry in the plane and extending vertically between face laminates. The analyses of the honeycomb structure and components include: (1) constituent materials and ply properties, (2) face laminates and core wall engineering properties, (3) equivalent core material properties, and (4) apparent stiffness properties for the honeycomb panel and its equivalent orthotropic material properties. A homogenization process is used to obtain the equivalent core material properties for the honeycomb geometry with sinusoidal waves. To verify the accuracy of the analytical solution, several honeycomb sandwich beams with sinusoidal core waves either in the longitudinal or transverse directions are tested in bending. Also, a deck panel is tested under both symmetric and asymmetric patch loading. Finite element (FE) models of the test samples using layered shell elements are further used to correlate results with analytical predictions and experimental values. A brief summary is given of the present and future use of the FRP honeycomb panel for bridge decks. The present simplified analysis procedure can be used in design applications and optimization of efficient honeycomb structures.     

基于响应面方法的碳纤维蜂窝板有限元模型修正

蜂窝板是一种特殊的高强度轻质复合材料,在卫星等航天器结构中应用广泛。MSC/NASTRAN和ANSYS等大型通用有限元软件中没有蜂窝结构单元库,只能用蜂窝板等效结构参数进行计算,等效过程中的简化导致有限元计算结果与试验测量值之间存在差异。基于响应面的模型修正方法可以避免每次迭代都调用有限元程序,提高计算效率。依据三明治夹芯板理论计算蜂窝芯等效结构参数,用ANSYS中的SHELL91单元建立多铺层碳纤维蜂窝板模型,用基于均匀设计的试验设计方法进行试验设计,获得蜂窝板在各因素和水平下的试验数据,构造二次多项式响应面,并用带变异算子的改进粒子群算法对蜂窝芯结构等效参数进行修正,修正后参数代入有限元模型,能有效改善模型计算质量。     

基于改进高斯径向基函数响应面方法的蜂窝板模型修正

用等效板理论计算蜂窝板等效结构参数建立基准有限元模型, 对基准模型中结构参数施加摄动量建立待修正有限元模型。根据均匀设计方法将等效参数分为不同水平的参数组, 分别计算各参数组对应的模态频率响应, 然后建立基于一次式-高斯组合径向基函数(Linear-Gaussian RBF)的响应面模型。引入变异算子的改进粒子群算法修正响应面模型, 将搜索到的参数摄动量(优化解)代入待修正模型, 得到修正后模型。通过比较基准模型与修正前后模型的结构参数和模态频率响应的接近程度, 证实了修正方法的有效性。基于响应面的模型修正避免了迭代中重复调用有限元计算, 可提高分析效率。      

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。     

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。     

不同边界条件下波纹夹芯板的自由振动特性

波纹夹芯板作为一种特殊的复合材料结构,边界条件对其振动特性有重要影响。根据不同剪切方式下的剪切变形理论和基尔霍夫经典板理论(CLPT),利用Hamilton原理建立波纹夹芯板的动力学方程。其中,波纹芯层等效成各向异性均质体。根据四边简支、四边固支、对边简支和固支、一边固支三边简支的边界条件,推导出位移形式的偏微分动力学方程。求解得到波纹夹芯板在不同边界条件下自由振动的固有频率,与有限元仿真结果进行对比,验证了理论结果的正确性。在此基础上,基于指数剪切变形理论(ESDT),分析了不同边界条件下波纹夹芯板的基频随材料参数和结构几何参数的变化规律。结果表明,材料和几何参数对不同边界条件下波纹夹芯板的振动特性有重要影响。相关研究结果将对波纹夹芯板在工程应用中的减振设计及优化分析提供一定的理论依据。      

紧缩场蜂窝夹层反射面板材料参数优化反求

紧缩场高精度蜂窝夹层结构反射面板由经特殊工艺处理的铝蜂窝芯和表层铝板胶接而成 , 解析计算和材料力学性能试验很难准确获得该夹层板的材料性能参数。本文中采用数值2试验混合模型方法对该种夹层板的等效材料性能参数进行了优化反求。正向分析采用有限元方法 , 逆向分析采用遗传算法和梯度法组合优化算法。正、 逆分析过程的无缝集成和组合优化算法策略使反求效率明显提高。试验验证表明 , 采用反求方法获得的材料性能参数能够精确反应该夹层板的弹性本构关系 , 建立在该材料参数基础上的有限元模型具有理想的精度。