蜂窝夹层结构等效板力学特性研究

蜂窝夹层结构广泛应用在航空航天领域,但是现在国际上通用的结构分析软件中,都没有标准的蜂窝夹层结构单元.文中给出的蜂窝夹层结构的等效模型等效板可以很好地解决这个问题.通过一个具体的算例,证明了在有限元分析中等效方法的合理性和正确性.     

密排圆形胞元蜂窝面内等效弹性参数的模拟仿真

利用有限元数值模拟技术建立了密排圆形胞元蜂窝夹芯结构面内等效弹性参数的模拟模型,提出了一种求解该结构面内力学性能参数的分析方法,解决了密排圆形胞元蜂窝夹芯结构几何建模中存在无理数的问题,通过用验证的3D有限元模型和分析方法对不同几何结构尺寸和材质的蜂窝夹芯面内等效弹性参数的模拟研究,获得了密排圆形胞元蜂窝夹芯结构面内等效刚度和Poission比随蜂窝夹芯几何参数变化关系,并给出了等效参数的计算分析公式,为密排圆形胞元蜂窝夹芯复合材料结构理论研究奠定了基础。     

新型零泊松比类蜂窝结构面内非线性刚度研究

几何非线性刚度研究对变形飞行器结构大变形的应用具有重要意义。为研究具有正弦波纹壁的零泊松比类蜂窝结构面内大变形时的非线性力学行为,基于非线性梁理论,考虑几何非线性建立了大变形下的非线性力学模型。利用有限元仿真验证了理论分析方法的正确性,通过参数分析讨论了几何参数对等效应力-应变曲线的影响。结果表明,随着应变的增加,结构的几何非线性造成结构的等效拉伸刚度增大;应力-应变曲线受波纹度、蜂窝角、厚度比的影响较大,受高度比影响不明显。     

复杂多边形蜂窝夹芯面内等效剪切模量研究

针对一种复杂的多边形蜂窝夹芯,将蜂窝胞壁简化为梁,主要考虑弯矩对胞壁变形的影响,利用虚功原理计算蜂窝胞元在剪切载荷作用下的变形,推导出蜂窝夹芯面内等效剪切模量的解析表达式。可知:在胞元尺寸不变的条件下,蜂窝夹芯面内等效剪切模量随胞元长斜边与垂直方向夹角的增大而增大,随胞元短斜边与垂直方向夹角的增大而减小。最后建立蜂窝胞元的有限元模型进行数值分析,数值分析结果与理论分析结果误差在2%以内,证明了理论分析方法的正确性。     

蜂窝结构炸药及其应用

为了解决现行爆炸复合装药方式落后及炸药爆炸能量利用率极低的问题,使用了一种保证装药质量的蜂窝结构炸药,并将该蜂窝结构炸药应用于一次起爆可复合两块复合板的双面爆炸复合技术,由于受到蜂窝材料和双面复板的多向约束,使炸药的临界厚度显著降低,乳化炸药在5 mm厚时,仍可以稳定爆轰。成功地进行了以5 mm厚的蜂窝结构炸药用于2 mm厚的45#钢板和16 mm厚的Q235钢板双面爆炸复合可行性试验。结果表明,与现行的单面爆炸复合相比,在复合相同数量复合板的情况下,炸药的使用量节省了83%,炸药的能量利用率显著提高。试验前,对爆炸复合窗口及复板的碰撞速度进行了计算,得到了复板碰撞速度的上下限(192 m·s-1vp983 m·s-1)及两组实验中复板的碰撞速度1089,863 m·s-1,计算与试验结果一致性较好。     

SLM钛合金蜂窝结构的面内压缩力学行为

为探究增材制造金属蜂窝结构在防护领域的潜在应用,采用激光选区融化(SLM)技术制备钛合金蜂窝试样,进行单轴面内压缩力学实验,在平台段出现了周期压溃卸载现象,这不同于传统的塑性/脆性材料蜂窝平台段特征;结合数字摄像机和扫描电子显微镜,分析结构变形模式与断口破坏机理;基于参数化有限元数值分析,研究壁厚对蜂窝结构压溃卸载的影响规律。研究结果表明：SLM技术制备的钛合金蜂窝试样打印精度高,力学性能差异小;钛合金蜂窝结构面内受压时,结构剪切带区域蜂窝边连接处断裂造成结构应力-应变曲线周期性压溃卸载;破坏处断口可观察到明显的韧窝,呈现明显的塑性破坏形貌;壁厚减薄可以有效增大破坏时蜂窝短边的旋转角度,降低最小弯曲半径,从而显著改善压溃卸载现象,提升结构承载稳定性。     

半承载客车车身结构强度、刚度研究

本文以YB96C10S大客车半承载式车身为例，运用有限元计算方法，分析了车架纵梁、横梁扭转刚度对车身结构强度的影响，并给出了改善YB96C10S大客车车身强度的措施．通过本文的分析，作者认为车身结构作为一个复杂的超静定结构，车身角刚度应尽可能得均衡，改善结构强度，可以通过调整车身角刚度的均衡性，使内部载荷分布合理的方法实现；车架横梁对车身角刚度乃至结构强度有较大的影响，通过个别横梁断面特性的改进，可以较显著地改善车身结构的强度．     

钛合金蜂窝结构抗冲击性能仿真与试验研究

为提高蜂窝夹层板防护能力,对钛合金蜂窝夹层结构的抗冲击性能进行研究。通过有限元软件构建蜂窝夹层板的冲击模型,基于仿真结果对蜂窝板的应力状态和失效形式进行分析。设计钛合金蜂窝结构的冲击试验,从损伤面积、承载力和质量比吸能3个方面对蜂窝结构的缓冲效果进行评价。结果表明：仿真分析可较准确模拟出蜂窝夹层板受冲击时的受力情况。在受金属球冲击时,与其它结构相比,正六边形蜂窝芯层结构在损伤面积、承载力和质量比吸能均具有优异的性能,其中承载力提高37.3%,质量比吸能提高160%。     

运载火箭贮箱补偿器结构刚度的试验研究

补偿器是运载火箭贮箱内的关键结构,用于协调隧道管和箱体变形之间产生的作用力,避免隧道管对箱体产生过大的集中力,传统对补偿器的设计只考虑了外压承载能力,并不考虑补偿器的等效刚度,这就容易导致补偿器刚度与箱体的承载能力不匹配,使箱体存在承载风险。通过有限元方法对两种不同结构尺寸的补偿器进行了等效刚度预示和强度分析,得到了补偿器变形过程中的作用力曲线,并通过试验验证了有限元分析对于等效刚度分析的正确性,为后续补偿器的刚度设计建立了分析方法。     

新型大重合度齿廓齿轮时变啮合刚度研究

针对内啮合齿轮传动的发展需求,提出了一种可广泛应用于内啮合齿轮的大重合度共轭齿廓,基于能量法计算了新型齿廓齿轮的弹性变形量,在此基础上,对新型大重合度齿廓齿轮进行有限元分析,并与能量法的计算结果进行对比,验证了能量法的有效性.建立了齿轮的法向刚度模型及齿轮副扭转刚度模型,研究结果对新型内啮合齿轮传动的齿廓设计具有借鉴意义,同时为新型内啮合齿轮传动的动力学分析提供了理论基础.     

基于抗冲击波响应的新型蜂窝夹层结构多目标优化设计

为提高某军用车辆底部防护结构对爆炸冲击波的防护性能,针对其V型底部结构,提出了一种新型蜂窝夹层结构.以降低质量、受冲击载荷后的变形挠度、加速度、增加铝蜂窝材料吸能为目标响应,设置结构中各部件的厚度、几何形状为设计变量建立多目标优化模型.结合实验设计和方差分析方法对设计变量进行参数筛选并建立优化模型的响应面;通过多目标遗传算法对响应面进行求解,得到了该优化问题的Pareto解集,从而指导该车辆底部结构改进设计;在Pareto解集的基础上使用标准边界交叉法和L2准则得到了一个理想解.仿真结果表明,优化后的新型蜂窝夹层结构较V型底部结构而言,其防护性能有明显改善,并且能大大提高防护车辆的离地间隙,这对抗爆炸结构的工程设计具有一定指导意义,且具有很大的实用价值.     

变刚度曲筋结构表征和等几何分析与智能设计研究

随着新一代航天装备的快速发展,传统常刚度设计已难以满足薄壁部段承载重型化、结构大型化的设计需求,而变刚度曲筋结构具有更大的设计空间和承载潜力,有望成为未来飞行器轻量化的关键技术。通过从变刚度曲筋结构表征、等几何分析与优化等3个层次对现有方法面临的挑战进行综述,对显式与隐式表征、全壳/梁壳等几何数值分析模型、梯度类/演化类/智能优化方法等研究进展进行重点介绍,并展望了变刚度曲筋结构设计的发展趋势及未来可能的应用场景。