泡沫填充负泊松比蜂窝夹层结构的抗爆性能数值模拟

为研究爆炸荷载作用下泡沫填充负泊松比蜂窝夹层结构(Foam-filled Auxetic Honeycomb Sandwich Structure,FAHSS)的动态响应及其对混凝土板的防护性能,利用有限元软件,考虑应变率对材料动态本构特性的影响,建立FAHSS在爆炸荷载下的有限元数值模型。通过已有负泊松比蜂窝夹层结构(Auxetic Honeycomb Sandwich Structure,AHSS)的爆炸试验对数值模型进行验证,基于验证模型分析爆炸荷载作用下FAHSS的损伤破坏规律、能量吸收特性及其对混凝土板的应力分布影响,并与AHSS和FSS(Foam Sandwich Structure)进行对比。在此基础上综合考虑聚氨酯泡沫材料密度、爆炸比例距离及填充材料等因素对FAHSS抗爆性能的影响。研究结果表明:FAHSS中的泡沫填充降低了负泊松比蜂窝夹层结构的破坏程度;随着聚氨酯泡沫材料密度的增加,FAHSS中的泡沫材料吸收能量增加;随着比例距离的增加,FAHSS的破坏程度逐渐降低,破坏形态也由局部破坏转变为整体破坏。

蜂窝夹层结构无损检测方法研究综述

蜂窝夹层结构是一种层合复合材料,具有优异的力学性能,被广泛应用于航空航天、建筑以及汽车制造等领域。由于自身结构及服役工况的复杂性,蜂窝夹层结构容易在制造、服役等阶段产生蒙皮-蜂窝芯界面脱粘、蒙皮分层、夹杂、蜂窝芯格变形、芯格塌陷、节点开裂、蜂窝积水等多种形式的缺陷。因此,开展蜂窝夹层结构无损检测方法的研究具有重要意义。本文回顾了国内外文献中出现的针对蜂窝夹层结构的无损检测方法,分析了各种单一检测方法的原理、应用优势及局限性。随后,概述了将多种单一方法复合的检测方法在蜂窝夹层结构缺陷全面检测上的应用,并指出应用智能算法可实现蜂窝夹层结构缺陷的定量和分类识别。最后,对蜂窝夹层结构无损检测的研究和应用趋势进行了简要总结和展望。

航天器蜂窝夹层结构板制造工艺可靠性研究

针对航天器蜂窝夹层结构板的制造效率、形位精度、胶接强度和预埋件拉脱力等可靠性要求,根据其制造工艺特点,通过建立基于制造工艺流程的串联模型、基于制造工艺单元的顺序关联模型、基于制造工艺参数的网状关联模型和考虑检验工序的功能关联模型4种典型的制造工艺可靠性模型,明确工艺设计的控制内容及工艺改进方向和要求。通过常见故障模式和原因分析,进一步验证可靠性模型的分析结果,明确制造工艺改进措施。在实际生产应用中,通过零件定型,优化制造工艺流程和减少串行制造工艺单元;通过优化工艺参数、固化工艺状态、应用自动化智能工艺装备,减小制造偏差,提高产品可靠性和生产效率。

蜂窝夹层结构汽车吸能盒吸能特性研究

本文研究对象为低速碰撞交通事故中起吸能作用的吸能盒,通过研究汽车吸能盒的结构参数找到提升其吸能特性的合理结构,分别以六边形、类四边形和类蜂窝夹层结构填充吸能盒,运用理论分析与数值仿真相结合的方法对传统吸能盒和蜂窝填充结构汽车吸能盒进行吸能特性研究,提升传统吸能盒的吸能特性。研究结果显示:通过填充后,吸能盒的吸能特性得到大幅提升,并且类蜂窝夹层结构吸能盒还降低了传统吸能盒的碰撞力峰值,具有重要的创新性,为汽车吸能盒的发展提供了一种新的选择,同时为汽车的安全性设计提供了重要的参考依据。

复材蜂窝夹层结构雷击及剪切承载能力试验

.对不同铺层蜂窝夹层结构进行了雷击试验和雷击前后剪切承载能力试验,通过对比,在蜂窝表面铺设防雷击表面膜的方法,能够对复材结构起到很好的保护作用,试验件未出现严重损伤,剩余强度占比在98%以上。

蜂窝夹层结构缺陷红外热成像检测及缺陷分类

为实现GFRP/NOMEX蜂窝夹层结构常见缺陷的准确分类,基于红外热成像无损检测技术,采用卷积神经网络及迁移学习技术建立GFRP/NOMEX蜂窝夹层结构缺陷的分类模型,比较微调的VGG16、MobileNetV2、ResNet50、InceptionV3、DenseNet201模型对于缺陷的分类效果,结果表明以上模型针对GFRP/NOMEX蜂窝夹层结构蒙皮脱粘缺陷、夹层脱粘缺陷、积水缺陷、堵胶缺陷及健康区域均可实现准确的识别分类,其准确率均在94%以上。其中基于VGG16的两种迁移学习模型及ResNet50的迁移学习模型对于此数据集的分类效果优于其余几种经典模型的迁移学习网络,其准确率分别达到99.94%、99.10%、98.95%,五个类别φ值得分均高于96%,可实现缺陷区域及健康区域的有效分类。

机翼前缘蜂窝夹层结构力学性能分析

研究机翼前缘蜂窝夹层结构在上翼面均布气动载荷作用下的力学性能。首先给出蜂窝夹层结构芯层等效弹性参数,用修正后的Gibson模型,将离散蜂窝芯结构按照力学等效的原则转化为均质的三维正交各向异性材料;然后用内聚力单元对蜂窝芯和面板之间的胶接界面进行建模,用壳单元对碳纤维增强复合材料面板进行建模;最后,利用有限元方法,对整个蜂窝夹层结构进行力学性能分析,显示了蜂窝芯和复合材料面板之间的剥离过程,对蜂窝芯和面板剥离破坏模式以及复合材料面板损伤破坏模式进行了分析。

蜂窝夹层结构货车——墩柱防撞性能研究

基于蜂窝夹层结构良好的力学性能和耐撞性能,以货车撞击墩柱为背景,利用LS-DYNA软件,以六边形蜂窝结构作为桥墩保护装置,结合车速为60km/h,分析撞击后的撞击力——时程曲线、应力图、墩顶位移量、能量转换,验证蜂窝夹层结构具有良好的防撞性能。

泡沫填充蜂窝夹层结构汽车吸能盒吸能特性研究

吸能盒是交通事故中尤其是低速碰撞最先进行溃缩吸能的结构,传统吸能盒一般为薄壁方形管结构,随着设计理念的发展,提升吸能能力最主要的两条路线为泡沫填充和复合夹层结构填充。本文分别将EPP泡沫填充六边形,类四边形和类蜂窝夹层,形成复合型泡沫填充蜂窝夹层吸能盒,采用理论分析与数值仿真的方式,以相应的碰撞评价参数对其进行吸能特性研究。结果表明:泡沫填充蜂窝夹层结构吸能盒大大提升了传统吸能盒的吸能能力,并且采用泡沫填充后,蜂窝夹层结构吸能盒的吸能特性也得到了进一步增强。

蜂窝夹层结构芯子剪切模量的实验方法

蜂窝夹层结构凭借其优良的力学性能在航空、船舶制造和车辆碰撞防护领域得到了广泛应用。蜂窝夹层结构剪切性能的测量一直是工程人员重点关注的问题,测量蜂窝夹层结构芯子剪切模量时常采用平面剪切实验方法,但对于大厚度蜂窝夹层结构平面剪切实验实现难度大,为改善这一问题,分别采用理论预测分析、平面剪切实验和三点弯曲实验的方法对蜂窝夹层结构芯子剪切模量进行测量,对比3种测量方法的差异性。利用等效板理论进行理论分析,得出芯子剪切模量的理论预测值;依据ASTM C273和ASTM C393试验标准,对蜂窝夹层结构开展了平面剪切实验与三点弯曲实验,利用ABAQUS有限元软件对平面剪切实验和三点弯曲实验分别进行了模拟仿真。结果表明:利用最小势能原理和最小余能原理进行理论分析,可以得出芯子剪切模量的预测值,预测结果误差在16%左右;平面剪切实验的测量结果较为精准,当蜂窝夹层结构厚度增大无法提供剪切试验台实验时,可以使用平面剪切有限元仿真方法获取;三点弯曲实验方法测量误差结果在10%左右,通过对三点弯曲试验的有限元模拟分析,研究三点弯曲实验中跨距深度比对试件剪切模量测量的影响,调整三点弯曲跨距深度比a/d为5时,误差能降低到4%以内。

清洗工艺对GH4099蜂窝夹层结构钎焊性能的影响

目的研究激光清洗和离子轰击对GH4099蜂窝夹层结构钎焊性能的影响,优化GH4099蜂窝夹层结构焊前清洗工艺。方法分别用400#砂纸、不同激光功率(60~200 W)、不同离子轰击时间(1~2 h)对GH4099带材表面进行了砂纸打磨、激光清洗和离子轰击试验,分析了激光清洗和离子轰击对GH4099表面形貌、O元素含量、BNi2钎料润湿性的影响,测试了不同清洗工艺下蜂窝夹层结构钎焊接头的拉伸性能。结果随激光功率从60 W增加到100 W,GH4099表面O含量逐渐降低,表面粗糙度逐渐增大,钎料润湿面积百分比增加到83.5%,润湿性增加。当激光功率大于100W时,表面残留网状分布的氧化物,导致钎料润湿性降低。当激光功率进一步增加到200 W时,氧化物网状分布现象减轻,润湿性随之增加,粗糙度也有所降低;随离子轰击时间从1 h增加到2 h时,带材表面氧化皮逐渐去除干净,钎料润湿性随之增加,钎料对离子轰击2 h的表面的润湿面积百分比达到91.2%,与400#砂纸打磨的相当。经离子轰击2 h、1020℃-15 min钎焊获得的夹层结构等效抗拉强度为11.9 MPa。结论与激光清洗相比,离子轰击可以同时去除蜂窝型面及附近侧壁部分的氧化皮,能更有效地改善钎料对蜂窝基体的润湿性。

内嵌聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构水中抗爆试验研究

为了分析新型内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构的水中抗爆性能,开展了水中爆炸作用下结构抗爆性能试验研究,对比了均质钢板、纯蜂窝夹芯夹层结构以及内嵌两种不同密度PMI泡沫蜂窝夹芯夹层结构的水中抗爆性能,分析了结构变形与破坏模式、结构表面压力特性以及结构后面板变形情况。结果表明,内嵌泡沫能够有效提升夹层结构的水中抗爆性能。研究结果可以为水中抗爆防护结构的轻量化设计及优化提供参考。

蜂窝夹层结构及其在直升机噪声控制上的应用

介绍了传统蜂窝夹层结构,它是由蜂窝芯材耦合面板/薄膜组合而成,具有优异的降噪特性。为进一步提升蜂窝夹层结构的降噪性能,结合多孔吸声原理及“吸/隔声结构功能一体化”概念,将多孔吸声材料填充至蜂窝芯中,形成了基于多孔吸声的蜂窝夹层结构,但中、低频降噪性能较差。结合微穿孔板、亥姆霍兹共振理论,开发了基于共振吸声的单自由度蜂窝夹层结构,由蜂窝芯材耦合穿孔面板/薄膜组合而成,提升了中、低频降噪特性,但是依旧存在降噪频带过窄的问题,只能在某段特定频率范围内表现出良好的降噪特性。为此,研发了基于共振吸声的多自由度蜂窝夹层结构,利用各层穿孔面板/薄膜和蜂窝结构特性,实现了不同频率噪声控制。最后总结了蜂窝夹层结构在国内外直升机被动噪声控制上的应用情况,展望了新型蜂窝夹层结构的发展趋势。

类方形蜂窝夹层结构的声振特性研究

基于Reddy高阶剪切变形理论和双三角函数法,建立了类方形蜂窝夹层结构振动固有频率理论模型和隔声特性理论模型,运用Workbench和声学软件Virtual Lab分别对此夹层结构进行振动模态分析和声振耦合分析。结果表明,影响类方形蜂窝夹层结构隔声量的3个主要因素按所占权重由大到小依次为夹芯壁厚、面板厚度、夹芯高度。与传统六边形蜂窝夹层结构相比,类方形蜂窝夹层结构隔声性能更好。

蜂窝夹层结构镶嵌件承载能力影响因素分析

蜂窝夹层结构利用蜂窝材料作为夹芯,具有比传统材料更高的比强度和比刚度等优点,因此,在航空航天领域广泛应用,成为主要的航空航天蒙皮材料之一。该结构包括上下蒙皮(面板)和中间厚而轻的蜂窝夹芯层。通常,上下蒙皮和芯子用胶黏剂胶接成刚性结构,与普通金属面板相比,在抗弯、抗冲击等力学性能上具有明显优势,并且大大降低了结构重量。在现代直升机结构设计中,被广泛应用于主要承力结构。

钎焊压力对GH4099蜂窝夹层结构焊接质量影响研究

针对GH4099蜂窝夹层结构钎焊制备,开展了不同压力下夹层结构应力应变仿真分析和真空钎焊试验验证。结果表明:钎焊压力作用下,面板与蜂窝接触位置及蜂窝芯格中心处面板存在应力应变集中;随着压力增加,结构变形逐渐增加,焊合质量有所提升;当压力增大至0.1 MPa时,结构基本完全焊合。为保证结构焊接质量并减少蓄热,最佳钎焊压力为0.1 MPa,此时结构等效平面压缩强度为10.4 MPa。

手性蜂窝夹层结构椎体植入物结构参数优化设计

目的运用有限元方法分析手性蜂窝夹层结构椎体植入物的应力分布规律,为指导椎体压缩性骨折的临床治疗提供理论依据。方法建立三韧带手性蜂窝夹层结构椎体植入物三维有限元模型,结合正交实验法和面内外尺寸效应分析进行结构参数优化设计,并分析5种不同工况下的应力和应力分布。结果应力峰值最小的结构参数组合为:胞元壁厚0.28 mm,面板厚度0.8 mm,胞元高度0.2 mm,韧带长度0.6 mm,应力峰值出现在蜂窝层边缘靠近上下面板的部分,最大应变位于上面板边缘未受蜂窝芯子支撑的部分。结论优化设计后的手性蜂窝夹层结构满足人体生理载荷,植入椎体后应力峰值比正六边形蜂窝夹层结构更小,应力分布更均匀,适合作为椎体植入物基本结构。

大曲率蜂窝夹层结构制造过程蜂窝芯变形控制技术

为防止大曲率蜂窝夹层结构制造过程芯格之间由于弯曲产生严重的拉伸、挤压变形,保证蜂窝夹层结构优良的力学特性,采用开槽方法对芯格变形进行调控。在不同弯曲半径下,设计不同厚度、宽度的蜂窝芯弯曲试验,通过提取弯曲后蜂窝芯上表面芯格轮廓,提出一种蜂窝芯变形评估方法,研究弯曲半径、蜂窝芯厚度对蜂窝芯变形影响;进而建立蜂窝芯弯曲过程开槽判据准则,确定开槽参数(开槽间距、开槽角度)与弯曲半径、蜂窝芯厚度几何关系;基于提出的蜂窝芯开槽变形调控方法,以蜂窝夹层整流罩零件为例,设计零件开槽参数并对其进行实例验证。结果表明:蜂窝芯变形量随弯曲半径的增加而增加,随厚度的增加而减小;开槽间距与弯曲半径、蜂窝芯厚度可用线性拟合;对开槽后蜂窝夹层整流罩零件进行弯曲,弯曲后槽口最大间距小于1 mm,满足零件制造精度要求。

蜂窝夹层结构后埋件拉伸承载力分析中质量缩放方法的运用

对于结构较为复杂的蜂窝夹层结构后埋件,在有限元计算时通常需要消耗大量的时间。在对蜂窝夹层结构后埋件拉伸承载力进行仿真分析时,使用质量缩放的方法提高模型计算效率,并从仿真计算的精度与时间两方面进行对比。首先在ABAQUS软件中,不使用质量缩放技术对蜂窝夹层结构后埋件进行仿真分析并与试验结果对比,验证其精确性。随后使用质量缩放的方法将模型的质量分别扩大102,104和106倍后,对蜂窝夹层结构后埋件进行仿真分析并与未使用质量缩放技术的模型结果对比,通过对比拉脱破坏载荷-位移曲线与试件破坏形式对仿真精度进行验证并比较计算时间。结果表明:使用质量缩放技术对蜂窝夹层结构后埋件进行拉伸承载力分析,能够在保证计算精度的同时,大大节省计算时间。本文研究为蜂窝夹层结构后埋件拉伸承载力分析提供了高效的计算方法。

热压工艺参数对蜂窝夹层结构浸润性的影响

基于胶接蜂窝夹层结构在航空航天领域的广泛应用,提出通过改善工艺参数来提高树脂对蜂窝夹层结构浸润性的方法。简要分析了蜂窝结构浸润现象的机理,通过试验观测研究了热压工艺参数对蜂窝夹层结构浸润效果和强度的影响。结果表明,适当调整工艺参数能够有效改进树脂对蜂窝夹层的浸润效果,其中升温速率对浸润性能的改善效果较显著。