手风琴式蜂窝材料的等效弹性模量分析

变体飞机具有良好的气动效率和机动性能,日益受到航空界的关注。而变体飞机需要一种能承受大应变能力,且在受到拉或压时,不会引起另外一个方向的收缩/拉伸,即具有零泊松比性质的蒙皮。分析研究了折叠式蜂窝材料或称"手风琴"式蜂窝材料的等效模量和等效泊松比的计算方法,采用经典欧拉梁理论,得到了面内两个正交等效模量以及泊松比解析表达式,验证了该蜂窝材料具有零泊松比的性质。最后用有限元分析软件ANSYS作了数值模拟分析,与解析模型进行了对比检验。

手风琴式蜂窝材料等效弯曲和扭转刚度分析

手风琴式蜂窝材料因其零泊松比和大应变特性,日益受到航空界的关注。将手风琴蜂窝材料等效为均质正交各向异性薄板,提出了基于能量等效原理的手风琴蜂窝材料等效弯曲刚度和等效扭转刚度的理论分析方法,得到了等效刚度系数的解析表达式,并分析了其对胞元结构参数的敏感性。建立了手风琴蜂窝板的参数化模型,并运用数值仿真反演技术,得到了手风琴蜂窝材料的等效刚度系数。通过对比等效刚度系数的理论解与反演解,表明了该理论分析方法的可行性和正确性。

三种柔性蒙皮支撑结构的力学特性

理论推导了U型、V型和梯形3种柔性蒙皮支撑结构面内横向无量纲化弹性模量与其平面几何参数(壁厚系数t、高度系数h、形状系数k)之间的关系:其等效弹性模量随t增大而增大,随h增大而减小,随k增大而减小。采用ANSYS软件进行了有限元模拟并通过实验对其面内力学特性进行验证。同样参数条件下,3种结构面内横向刚度从大到小依次为V型、U型和梯形。说明梯形结构具有更强的变形能力,产生同样的变形需要的能量最小。对3种结构的面法向刚度进行了有限元仿真和实验比较,其面法向刚度随几何参数的变化规律与面内等效弹性模量相似;在相同等效面法向气动载荷作用下,3种结构面法向位移大小依次为梯形、U型和V型。对3种结构拉伸前后不同载荷作用下的面法向最大位移进行实验测量,发现面法向刚度在拉伸后都有较大提升,在产生相同的面法向位移情况下,承受的压强平均提高了30%~60%。