纸蜂窝夹层板主共振频率的影响因素

目的 研究芯层结构因素和静应力因素对纸蜂窝夹层板-质量系统主共振频率的影响。方法 采用正弦振动试验测试纸蜂窝夹层板-质量系统的振动传递特性,分析不同静应力作用下不同蜂窝芯的纸蜂窝夹层板-质量系统的主共振频率变化规律。结果 纸蜂窝夹层板-质量系统的主共振频率在150~350 Hz之间;蜂窝芯结构及芯层材料影响纸蜂窝夹层板的刚性,从而影响系统的主共振频率;载荷质量变化引起静应力的变化,也会影响系统的主共振频率。主共振频率均随蜂窝胞元边长、纸板厚度、芯纸定量及静应力的增大而降低。结论 可为纸蜂窝夹层板的振动传递特性研究提供基础,有助于不同材质蜂窝夹层板的优化设计。     

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。      

四边固支球面扁壳的振动解析法

本文用解析法研究了四边固支球面扁壳的自振特性,并求出了基本频率和一系列固有振动频率。本文计算证明该壳的基频可近似用无矩理论计算;壳厚的变化并不十分影响基本频率的值,本文用解析法研究了该种壳的强迫振动。     

蜂窝夹层复合材料结构非线性传热分析

考虑材料热物性随温度变化的影响,针对蜂窝夹层复合材料结构的特点,假定其内部的瞬态温度场的分布状况,并在此假定的基础上基于三维各向异性热传导理论及复合材料层合结构传热分析的热叠层方法,提出一种针对蜂窝夹层复合材料结构的改进的计算方法,并推导出蜂窝夹层复合材料结构瞬态温度场分析的有限元方程。应用这种方法对热物性非线性蜂窝夹层复合材料板的瞬态温度场进行分析,数值算例结果显示了材料特性的非线性对蜂窝夹层复合材料板热传导的影响,只有非线性程度很小时忽略非线性因素导致的误差才可被忽略;当非线性程度较强烈时,考虑非线性因素的计算结果与忽略非线性因素的计算结果就会产生很大偏差。      

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。      

集中载荷下四边固支正交各向异性矩形板的线性弯曲问题

采用载荷叠加法将集中载荷下四边固支正交各向异性矩形板线性弯曲的挠度分为3个部分：集中载荷下四边简支板的挠度、上下边简支左右边受弯矩的板的挠度、左右边简支上下边受弯矩的板的挠度,3个挠度之和在满足固支边界条件的情况下即为所要求的挠度的解。采用MATLAB软件编写程序进行计算,并将相同长宽的板在4种不同的厚度和载荷情况下的挠度计算结果与有限元分析结果进行比较,验证了解析解的正确性。最后讨论了经典的Kirchhoff薄板假设对于集中载荷的适用性问题。     

四边固支功能梯度矩形板的主共振分析

针对四边固支约束的陶瓷-金属材料功能梯度矩形板,在给出非均匀材料的应力应变关系及非线性几何方程基础上,应用虚功原理导出了横向简谐激励力作用下功能梯度板的非线性振动偏微分方程。通过位移函数的设定,利用伽辽金积分法推得了相应的达芬型非线性振动方程。应用多尺度法对非线性系统的主共振问题进行解析求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程。基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了共振下解的稳定性判别条件。作为算例,给出了不同参数下功能梯度矩形板共振的幅频曲线图和动相平面相轨迹图,讨论了不同参数对系统非线性振动特性的影响     

均匀热环境下四边固支矩形PCB薄板的自由振动

表面贴装形式中PCB板可简化为四边固支矩形薄板。基于刚性板的小挠度理论,推导了热载下四边固支矩形PCB薄板的自由振动微分方程。从微分方程中得出,热载下的PCB薄板等效于面内受均布张力的薄板,进而通过结构力学方法将热载下四边固支薄板振动问题转换为受面内均布张力固支薄板振动问题。利用虚位移理论,得出了温度沿厚度均匀线性变化的热载下四边固支矩形PCB薄板固有频率和自由振动的挠度值的计算方法。讨论了热载下温度、薄板的几何尺寸对矩形PCB薄板自由振动固有频率的影响。结论可为矩形PCB薄板在热载下的振动分析以及固有频率计算提供方法上的参考。     

周期局域共振蜂窝板的弯曲振动特性研究

基于声子晶体局域共振原理,设计了周期附加局域振子的蜂窝夹层板结构,利用双协调自由界面模态综合法,计算了周期局域共振蜂窝夹层板弯曲振动的频响特性,并给出了蜂窝夹层板的振型图。分析了局域振子刚度、质量等参数对振动带隙的影响特性,得出了带隙变化的定性规律。研究表明在振动带隙频率范围内,弯曲振动在此蜂窝夹层板能得到有效的抑制,该研究有望为复杂板壳振动控制提供一条新的技术途径。     

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。      

Geometrically nonlinear forced vibrations of the symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with completed clamped supported boundaries

Geometrically nonlinear forced vibrations of symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with clamped supported boundaries at the four edges are investigated using the homotopy analysis method (HAM). The honeycomb core of hexagonal cells is modeled as a thick layer of orthotropic material whose parameters of physical and mechanical properties are calculated by the corrected Gibson’s formula. The basic formulation of nonlinear forced vibrations has been developed based on the classical plate theory (CPT) and the nonlinear strain–displacement relation. The equilibrium equations have been obtained using Hamilton’s principle. Effects of axial half-waves, height and height ratio on the nonlinear free vibration response have been investigated for honeycomb sandwich panels.     

Geometrically nonlinear free vibrations of the symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with simply supported boundaries

Geometrically nonlinear free vibrations of symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with simply supported boundaries at the four edges are investigated using the homotopy analysis method (HAM). The honeycomb core of hexagonal cells is modeled as a thick layer of orthotropic material whose parameters of physical and mechanical properties are calculated by the corrected Gibson’s formula. The basic formulation of nonlinear free vibrations has been developed based on the third-order shear deformation plate theory and the nonlinear strain–displacement relation. The equilibrium equations have been obtained using Hamilton’s principle. Effects of axial half-waves, height and height ratio on the nonlinear free vibration response have been investigated for honeycomb sandwich panels.     

Geometrically nonlinear forced vibrations of the symmetric honeycomb sandwich panels affected by the water

Geometrically nonlinear forced vibrations of the symmetric rectangular honeycomb sandwich panels with the four edges simply supported and one surface affected by the water are investigated in this paper using the homotopy analysis method (HAM). The honeycomb core of hexagonal cells is modeled as a thick layer of orthotropic material whose physical and mechanical properties are determined using the Gibson correlations. The effect of water acting on honeycomb panels can be described as added mass, additional damping and additional stiffness coefficients which are obtained by the semi-analytical fluid pressures. The basic formulation of nonlinear forced vibrations has been developed base on the third-order shear deformation plate theory and Green Lagrange nonlinear strain–displacement relation. The equilibrium equations have been obtained using the Hamilton’s principle. Effects of water velocity, height and height ratio on the nonlinear forced vibration response have been studied for the honeycomb sandwich panels.     

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...     

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。     

四边简支双曲率蜂窝夹层薄壳自由振动分析

基于Reddy三阶剪切理论,研究了四边简支双曲率蜂窝夹层薄壳的自由振动,以及结构参数对蜂窝夹层薄壳固有频率的影响.将由六边形胞元组成的蜂窝芯层等效为一正交异性层,其等效弹性参数由修正后的Gibson公式得到,应用Reddy三阶剪切理论和Hamilton变分原理推导出四边简支条件下双曲率蜂窝夹层薄壳的频率方程.具体算例表明,采用Reddy三阶剪切理论计算的固有频率精度较高;双曲率蜂窝夹层薄壳的曲率、厚度比及胞元角度对蜂窝夹层壳固有频率有不同程度的影响,其中蜂窝夹层薄壳的固有频率随曲率的增大而增大,随厚度比的增大呈波动变化,随胞元角度的增大而减小.     

梯度铝蜂窝夹芯板的力学行为

梯度分层铝合金蜂窝板是一种有效的吸能结构,本工作在梯度铝蜂窝结构的基础上根据梯度率的概念,通过改变蜂窝芯层的胞壁长度,设计了4种质量相同、梯度率不同的铝蜂窝夹芯结构。通过准静态压缩实验,并结合非线性有限元模拟准静态及冲击态下梯度铝蜂窝夹芯结构的变形情况及其力学性能,分析对比了相同质量下梯度铝蜂窝夹芯结构在准静态下的变形模式以及冲击载荷下分层均质蜂窝结构和不同梯度率的分层梯度蜂窝结构的动态响应和能量吸收特性。结果表明:在准静态压缩过程中,铝蜂窝梯度夹芯板的变形具有明显的局部化特征,蜂窝芯的变形为低密度优先变形直至密实,层级之间的密实化应变差随芯层密度的增大而逐渐减小;在高速冲击下,梯度蜂窝板并非严格按照准静态过程中逐级变形直至密实,而是在锤头冲击惯性及芯层密度的相互作用下整体发生的线弹性变形、弹性屈曲、塑性坍塌及密实化;另外,在本工作所设计的梯度率中,当梯度率为γ₁=0.0276时,梯度蜂窝夹芯板的吸能性达到最好,相较于同等质量下的均质蜂窝夹芯板,能量吸收提高了10.63%。     

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。     

Generation of transient vibrations on aluminum honeycomb sandwich panels subjected to hypervelocity impacts

This paper presents the results of a set of experiments aimed at discovering the main features of impact-induced vibrations on all-aluminum honeycomb sandwich panels, representative of the GOCE satellite's top floor, which is exposed to the orbital debris environment. The activity focused on the characterization of the vibrations induced in the vicinity of internal payloads by hypervelocity impacts occurring on the vehicle's external shell. More than 30 tests were realized by launching 0.8–2.3 mm aluminum projectiles in the velocity range 4–5.5 km/s on targets with tri-axial accelerometer assemblies mounted on both the front and rear face of the panel, at a nominal distance of 150 mm from the impact point. It was found that a hypervelocity impact produces in both the front and rear side of the sandwich panel a vibration environment which can be described through the shock response spectrum (SRS) of three different types of waves that can be distinguished on the basis of the acceleration direction: out-of-plane, in-plane longitudinal and in-plane shear. The influence of projectile mass and velocity on SRS appeared to vary with frequency, with the most significant difference in the range between ∼10³ and ∼10⁴ Hz. The results of whole experimental set were used to derive an interpolation law through standard techniques of nonlinear fit. The empirical equation obtained makes it possible to predict the near-field vibration environment produced by hypervelocity impacts with debris having given size and velocity, reproducing all the test data with an average uncertainty of ±6 dB.     

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。