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。

弹性约束下变厚度蜂窝夹层板的隔声特性

基于一阶剪切变形理论,研究了变厚度蜂窝夹层板在不同边界条件下的自由振动和隔声性能。从能量角度,利用改进的瑞利-里兹法和流固边界耦合条件,建立并求解了蜂窝夹层板的隔声理论模型。将理论计算的蜂窝夹层板固有频率、传声损失与相关文献结果和仿真结果对比,验证了所建立变厚度蜂窝夹层板隔声理论模型的准确性。此外,对比分析了特征角、厚度变化系数和边界条件对蜂窝夹层板隔声性能的影响。研究表明,厚度变化系数和边界条件对蜂窝夹层板隔声性能影响较大。

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。

高速冲击载荷作用下钎焊蜂窝夹层板动态响应

目的以钎焊高温合金蜂窝夹层板为研究对象,分析其在弹丸高速冲击作用下的力学性能。方法采用轻气炮冲击加载试验结合有限元模拟,对蜂窝夹层板开展不同冲击强度下的动态响应和失效研究。开展含高速冲击损伤的蜂窝夹层板侧压试验,研究损伤模式对剩余强度的影响。结果冲击强度对夹层板的失效过程和失效模式有着明显的影响,当冲击条件不足以使得迎弹面发生侵彻时,夹层板失效为表面压痕损伤;随着冲击强度的提高,出现不同程度的局部芯层压缩;当冲击强度大于临界值时,迎/背弹面陆续被侵彻,夹层板出现侵入损伤及贯穿损伤。结论高速冲击损伤使得蜂窝夹层板的侧压失效模式,由理想塑性屈曲转变为局部失稳,侧压极限载荷大幅降低。

铝蜂窝夹层结构钻削加工仿真与试验研究

为了提升铝蜂窝夹层结构钻削工艺的加工质量,课题组进行了钻削加工试验与有限元仿真分析。首先通过试验与仿真相结合的方法,探究了钻削后蜂窝壁的变形特点,以及工艺参数对变形量的影响规律;在确认仿真模型准确的基础上,结合钻头的进给过程分析了蜂窝夹层结构在钻削加工中轴向力和扭矩的变化特点。结果表明:蜂窝壁变形量随进给量的增长而显著增大,钻削时轴向力和扭矩都表现出明显的阶段性变化规律。该研究有助于对铝蜂窝夹层结构钻削工艺参数进行合理选择。

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。

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。

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。

直升机共形天线复合材料蜂窝夹层结构成型技术研究

一方面分析共形天线蜂窝夹层结构的特点和成型难点,另一方面通过铺层优化、辐射体表面处理、蜂窝预固化和共固化工艺参数调整等措施,提升共形天线的质量。产品试制表明,在成型U形结构共形天线时,先对蜂窝进行预成型,再将蜂窝、辐射体和蒙皮进行共固化,能够得到质量良好的共形天线,而且蒙皮、蜂窝和辐射体之间不易脱黏。同时,在共固化过程中设置合理的温度参数,能够有效降低产品的变形量,保证其外观质量。

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。

制造污染对蜂窝夹层结构性能研究

由面板与夹芯胶接成的蜂窝夹层复合材料结构件具有高比强度、高比模量,良好的抗疲劳性、耐腐蚀性,复合材料还具有良好的可设计性,可以零件一体化加工制造等诸多优点。在航空航天等领域应用十分广泛,也在其他领域越来越多的使用复合材料结构件代替传统金属结构。

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。

蜂窝夹层结构中新型半埋件设计及其拉拔性能研究

传统蜂窝夹层板后埋件采用工字形结构,需要手动注胶至胶液填满蜂窝芯格,精度低、效率低,且埋件-胶液整体重量较大。出于减重和适应自动化装填的目的,设计了新型帽形半埋件结构,搭建了埋件自动化装填平台,完成了埋件自动化组装工艺验证;利用工业CT分析了不同流胶口数量的胶液填充状态;借助拉伸试验机对不同数量流胶口、不同注胶量的新型半埋件及胶液填充100%的传统工字形全埋件做垂直于面板的拉伸试验。结果表明:新型半埋件侧面流胶口的数量越多,胶液填充越均匀,拉伸性能越好;且注胶量的增大能显著提高其拉拔承载力,相应的埋件-胶液总重也会迅速提高,但当注胶量过大时,过多胶液会流至蜂窝底部,拉拔承载力增幅较小。与传统工字形全埋件相比,新型帽形埋件的最大拉拔承载力有所降低,但降幅较小,其中G08-P04只降低了9.5%,同时,结构质量却能减少65.2%,更加适用于低承载、轻质结构板的要求。所做工作可以为半埋件减重设计及自动化组装提供参考。

基于分布式光纤静态应变测量的蜂窝夹层板脱粘损伤模型修正方法

脱粘损伤作为蜂窝夹层板最主要的损伤之一,由于难以被肉眼直接察觉,严重影响飞行器运行安全.为此提出了一种基于分布式光纤静态应变测量的蜂窝夹层板脱粘损伤模型修正方法.通过在铝蜂窝夹层板内部埋入分布式光纤网络来接收结构件的应变响应信号;采用间隙平滑方法,对测量路径的应变信号进行二阶拟合,将拟合结果插值到二维空间得到基准信号;通过构建损伤因子并设置阈值来划定损伤识别区域;基于滑窗扫描的虚拟损伤建模来确定损伤定量信息;通过对虚拟损伤模型进行有限元模拟获取模拟信号,并利用相关性分析方法找出相关性最高的含损数值模型,实现蜂窝夹层板的损伤信息量化表征以及结构状态的同步演化和性能预测.在铝蜂窝夹层板上对静力有限元模型修正方法进行了验证,实验结果表明此种方法适用于蜂窝夹层板损伤参数的量化识别和模型状态演化.

弱蜂窝夹层板自然老化后弯曲性能试验和仿真研究

中小型无人机结构设计中大量应用了弱蜂窝夹层板,由于其寿命周期长期处于贮存状态,难以确定结构在长期自然老化后的状态。以弱蜂窝夹层板为研究对象,开展其在长期自然老化后的弯曲性能试验研究。基于Hashin失效准则和刚度退化模型,建立有限元分析模型,深入研究蜂窝芯层和面板在弯曲下的力学响应和失效形式。结果表明:经过长期自然老化,弱蜂窝夹层板的弯曲强度有所提高,且试验数据具有良好的稳定性;其主要失效模式为下面板断裂,与预期一致;数值模拟结果及失效过程与试验吻合较好。

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。

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。

蜂窝夹层板横向切应力研究

蜂窝夹层板的研究主要集中在等效模型的刚度等效研究上,而对于蜂窝板及等效模型的切应力研究相对较少。文中建立了蜂窝夹层板的有限元模型,研究了蒙皮厚度对蜂窝切应力的影响,当蒙皮厚度与蜂窝夹层板厚度之比较大时,忽略蒙皮切应力会使蜂窝芯子切应力偏大;研究了通过三明治夹芯板等效模型仿真得到的应力数据换算为蜂窝芯子切应力的方法;最后分析得到了不同约束条件下三明治夹芯板剪力的分布,并计算了切应力。

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。