面向直升机抗坠毁的新型夹心八边形蜂窝设计、仿真和理论研究

提出了一种吸能更加优秀的新型夹心八边形蜂窝。首先,建立了可快速预测夹心八边形蜂窝轴向压缩平台应力的理论模型,并对八边形和内嵌四边形蜂窝边长的变化对平台应力以及相对密度的影响进行了预测。然后,通过六边形蜂窝轴向压缩试验和仿真对比,验证了蜂窝建模和仿真方法的正确性;在建模方法和模型验证的基础之上,建立了新型夹心八边形蜂窝的有限元模型,分析了其变形模式以及边长参数对蜂窝吸能能力的影响,验证了理论模型的正确性。此外,进行了夹心八边形蜂窝和六边形、正方形蜂窝吸能能力的对比分析,结果表明新设计的夹心八边形蜂窝具有一定的吸能优势。最后,进行了直升机驾驶舱简化模型和夹心八边形蜂窝的耦合跌落仿真,定性分析了夹心八边形蜂窝的吸能能力。发现该蜂窝相较六边形蜂窝更适用于吸能能力要求高的场合,本文研究结果可以为新型蜂窝缓冲结构的设计提供依据。

双向荷载条件下八边形蜂窝结构因胞壁缺失所致应力集中分析

因胞壁缺失引起的应力集中问题是蜂窝结构增材制造过程中亟待解决的问题.通过将胞壁缺失所致的缺陷等效成椭圆,基于复变函数方法得到了预测拉伸应力的解析公式和预测弯矩应力的分析方法,进而得到八边形蜂窝结构在双向荷载条件下缺失单行和多行胞壁产生的应力组合值.与有限元结果的对比分析验证了所提理论解析公式的有效性;同时得出距离缺陷最近胞壁上的拉伸应力理论结果与有限元结果吻合良好,弯矩应力的有限元结果与胞壁上的应力梯度呈明显的线性关系.与规则六边形蜂窝在多行缺陷条件下的应力集中问题进行对比,得出八边形蜂窝结构在荷载系数λ=0和λ=1时应力集中程度小于规则六边形蜂窝结构,从而为蜂窝结构增材制造设计提供理论指导.

正八边形孔蜂窝梁的等效刚度计算研究

蜂窝梁作为一种新型钢构件,由于其截面形式合理、自重轻、承载能力高、美观经济等优点,常被应用于大跨结构中.但是我国并没有制定相关的规范或标准来指导应用设计,这严重制约了蜂窝梁在我国的广泛应用.对正八边形孔蜂窝梁的挠度计算进行研究,提出了确定蜂窝梁等效抗弯刚度和等效抗剪刚度的方法和理论公式.该方法依据纯弯与纯剪有限元分析结果,按照材料力学中计算公式反算刚度,具有简捷、准确、经济、高效等优点,通过大量有限元分析,得到了腹板刚度折减系数,进一步给出了半理论半经验的计算公式.