正交各向异性Kagome蜂窝材料宏观等效力学性能

由于微结构的布局和尺寸的方向性,人造和天然的蜂窝材料都会不同程度呈现各向异性,其中正交各向异性的蜂窝材料较为常见.该文采用桁架模型推导了正交各向异性Kagome单胞蜂窝材料等效刚度和强度的解析表达式,给出了初始屈服函数和近似弹性屈曲强度,讨论了等效刚度与各向异性率和相对密度的关系.等效刚度的解析结果与单胞壁杆采用梁单元建模的刚架模型均匀化结果进行比较,结果令人满意.需要说明的是这类"组合蜂窝"材料具有多功能性和潜在的可设计性,正在受到人们关注.

3D打印火箭壳体Kagome蜂窝加筋结构压溃性能预测和实验验证

研究丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料3D打印Kagome蜂窝薄壁加筋结构压溃性及其解析公式,并实验验证各向同性Kagome蜂窝的抗压溃性能.根据平面结构正交各向异性Kagome蜂窝的有效弹性模量公式,给出3D打印Kagome蜂窝的弹性模量、相对密度和形状各向异性比的关系,通过解析公式和实验结果,得到抗压溃性能最优的Kagome蜂窝结构.该方法可用于指导火箭箭体加筋结构的设计和加工.

Kagome点阵结构参数对其压缩特性的影响及轻质化设计

为研究三杆支撑(Kagome)结构的压缩性能并对其进行轻质化设计,通过改变胞元的结构参数,建立了12种不同胞元相对密度的Kagome多层点阵结构模型,利用压缩试验和模拟仿真对其进行准静态压缩力学性能分析。研究发现在胞元高度一定时,支撑杆倾角和截面直径的增大均会提高Kagome多层点阵结构的抗压缩性能,且倾角大小对结构整体最大等效平压强度的影响要大于杆直径的影响。胞元相对密度从16.6%提高到60.7%,整体等效平压模量提高了5.54倍,最大等效平压强度提高了4.52倍,模拟仿真结果和试验结果具有一致性。此外,对Kagome加固点阵结构进行轻质化设计,整体质量直接减少了16.3%,压缩仿真结果表明,轻质化设计小幅提升了点阵结构在压缩坍塌失效之前的整体等效平压模量、最大等效平压强度、相对比强度、比刚度和等参数。

陶瓷蜂窝净化材料的制备及吸附性能

【目的】为了去除三甲胺异味污染物,分析不同改性方法对陶瓷蜂窝吸附净化三甲胺性能的影响。【方法】采用涂覆工艺,在陶瓷蜂窝基底上负载金属离子活性涂层制备整体式净化材料,以三甲胺的吸附容量作为净化评价指标,研究涂覆工艺参数优化和金属离子改性规律。【结果】陶瓷蜂窝净化材料的最优制备工艺条件为:胶黏剂类型为铝溶胶,添加的尿素浓度为0.9 mol/L,热处理温度为120~150℃,添加的金属离子为Ca^(2+)和Fe^(3+)、浓度为0.3 mol/L。用Ca^(2+)离子改性的陶瓷蜂窝净化材料三甲胺饱和吸附容量可达到368 mg/g,且在多次热再生后重复使用时净化性能保持不变;制备规模放大10倍后,所制得的陶瓷蜂窝材料也能保持三甲胺吸附净化性能。【结论】金属离子改性陶瓷蜂窝净化材料可有效去除三甲胺等异味污染物,具有饱和吸附量高、可多次重复使用等特点;净化材料制备规模放大后的净化性能保持重现性,具备规模化生产潜质。

复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击后压缩强度的可靠性与灵敏度分析

建立了一种复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击后压缩强度的可靠性与灵敏度分析方法。利用ABAQUS有限元分析软件和VUMAT子程序建立了蜂窝夹芯结构冲击后压缩渐进损伤失效分析模型,并通过试验验证模型的有效性;在此基础上,利用Python语言对模型中材料力学性能和面板厚度、蜂窝芯子厚度进行参数化;采用径向基神经网络代理模型替代渐进损伤失效分析模型;基于蒙特卡洛法进行冲击后压缩强度的可靠性分析;分别采用基于方差和基于失效概率的方法进行参数的灵敏度分析,并研究参数的变异系数对结构可靠性的影响。结果表明:在外载荷低于10000 N,结构失效概率小于0.00017的情况下,当外载荷达到12700 N时,结构失效概率达到0.9;面板的力学性能、面板厚度、蜂窝芯厚度对冲击后压缩强度的影响较大;冲击后压缩强度的变异系数随着参数变异系数的增大而增大。

复合材料蜂窝夹芯板抗鸟弹高速冲击性能研究

为了研究复合材料蜂窝夹芯板在鸟弹高速冲击下的抗冲击性能,以及蜂窝夹芯材料在机械结构轻量化设计上的运用。通过有限元仿真软件LS-DYNA建立了模拟明胶鸟弹冲击含玻璃纤维增强复合材料和碳纤维增强复合材料面板、等效化NOMEX芳纶纸蜂窝芯的仿真模型。研究了芳纶纸和铝合金两种蜂窝材料、蜂窝芯胞元壁厚、复合材料面板和铝合金两种面板材料对蜂窝夹芯板的抗冲击性能影响。结果表明组件中蜂窝芯厚度和面板厚度对复合材料蜂窝夹芯结构抗冲击性能都有较大影响。同等结构参数下,铝蜂窝、铝面板对抗鸟弹高速冲击性能更好。等质量不同厚度时,复合材料面板和芳纶纸蜂窝抗冲击性能更好,更适合用于机械结构的轻量化设计。

金属蜂窝/石蜡复合相变材料融化储热性能研究

针对金属蜂窝/石蜡复合相变材料融化储热过程中,金属蜂窝热传导与液相自然对流传热的竞争关系,基于流-固-热三场耦合理论,建立相变材料融化储热计算模型。开展相变石蜡融化试验,验证计算模型的正确性。进一步分析液相自然对流和金属蜂窝热传导传热的增强效应,以及两者间的竞争关系。结果表明:底部加热下的密闭方腔内相变石蜡融化储热过程可分为热传导、稳定增长、过渡和紊流等四个阶段;各阶段占总融化储热时间的比例分别为0.8%、2.3%、13.6%和83.3%。热量随着液相石蜡的自然流动实现无障碍传输,达到提升相变石蜡融化储热效率的目的。自然对流传热的增强效应随尺寸减小而显著降低,在尺寸小于2 mm后可忽略不计。金属蜂窝通过增大热传导性和传热面积,达到提升相变石蜡融化储热效率的目的。嵌入金属蜂窝后,相变材料储热过程中存在多层共融现象,且在融化区形成温度梯度。与纯石蜡储热效率相比,金属蜂窝作用呈现先增强后抑制的规律,当融化分数超出临界值0.77后,金属蜂窝将进入抑制阶段。

芳纶纸蜂窝材料超声波振动切割刀的设计研究

采用传统的铣削方式对芳纶纸蜂窝材料加工时,芳纶纸蜂窝材料会产生蜂窝坍塌、撕裂和纤维拉毛等质量问题,而采用超声波振动切割方式加工蜂窝材料时,可以避免传统铣削加工中出现的问题。文中首先对芳纶纸蜂窝材料超声振动切割刀进行总体结构设计,使用ANSYS有限元软件进行模态分析和谐响应分析,并根据分析结果优化超声波振动切割刀振子结构,确定其谐振频率,并分析其振动特性;然后对超声波振动切割刀样机进行阻抗测试和振幅测试,验证芳纶纸蜂窝材料超声波振动切割刀设计的合理性及可行性;最后观察芳纶纸蜂窝材料切割表面形貌,发现随着振幅的增大,样件切割表面成形更加完好,验证了超声波振动切割加工蜂窝材料能够提高芳纶纸蜂窝材料的加工质量。

复合混凝土材料及不同蜂窝夹芯结构的力学性能综述

为全面开展复合混凝土材料制备蜂窝夹芯板的研究,综述了国内外关于稻草秸秆纤维与纳米二氧化硅复合混凝土材料及蜂窝夹芯结构的研究,分析了各种检测方法,概述了稻草秸秆纤维与纳米二氧化硅复合混凝土材料及不同蜂窝夹芯结构的力学性能,对复合混凝土材料蜂窝夹芯板研究及应用趋势进行总结。

某蜂窝吸波材料的开发与性能分析

传统的吸波材料在吸波效率、频率响应范围和物理稳定性等方面存在局限性,难以满足星载应用的高要求,在电子测试领域中吸波材料是微波暗室的重要组成部分,微波暗室可消除外界杂波干扰和提高测量精度与效率,广泛应用于雷达或通信天线、导弹、飞机、飞船、卫星等。本研究旨在设计并分析某蜂窝吸波材料的性能,通过选择适当的材料和制备工艺,成功制备了某蜂窝吸波材料,并进行了广泛的性能测试。本文首先介绍材料的制备过程包括材料选择和制备工艺,随后详细描述了吸波性能测试方法包括吸波性能测试和其他物理性能测试。在文章的最后介绍了数据分析方法包括实验数据分析和模拟数据分析,以全面评估材料的性能。实验结果显示该材料在吸波性能方面表现出色,具有广泛的应用潜力,该材料在6 GHz至40 GHz频率范围内表现出高效的电磁波吸收能力,反射损耗达到-8 dB至-25 dB,与其他材料相比结果表明某蜂窝吸波材料在星载应用中具有独特的优势。

层合板和蜂窝夹心结构复合材料敲击特性研究

制备了层合板结构和蜂窝夹心结构两种不同结构的复合材料损伤试块,基于有限元理论对这两种典型复合材料损伤结构的振动特性进行了分析,发现损伤尺寸对碳纤维蜂窝材料固有频率的影响显著优于碳纤维层合板的固有频率。采用啄木鸟智能检测仪对两种不同结构的复合材料损伤试块进行了敲击试验,试验结果表明,蜂窝夹心结构损伤试块的敲击检测脉宽损伤差异率为50.5%,而层合板损伤试块的敲击检测脉宽损伤差异率为31.5%,敲击检测对碳纤维蜂窝复合材料的损伤检测灵敏度显著大于层合板结构复合材料。

Kagome蜂窝夹层平板的多功能优化设计

采用“等效介质模型”,分析了复合材料夹层蜂窝平板的整体换热系数。在此基础上,针对轻质蜂窝(相对密度小于0.3),选取蜂窝面内等效剪切刚度表征夹层结构的承载能力,综合考虑散热能力和结构承载能力,比较了Kagome蜂窝与传统的正三角形、正方形和正六边形蜂窝的性能。结果显示Kagome蜂窝不但散热性能很好,而且通过对蜂窝相对密度和尺寸的优化,在结构质量相同的情况下,Kagome蜂窝的综合性能比传统蜂窝具有明显优势。

低密度填充蜂窝结构复合材料铣削损伤试验研究

为了研究低密度填充蜂窝结构复合材料加工特性,总结铣削典型形貌特征,提出合理的损伤评价方法并确定优选刀具。通过损伤机理分析,结合低密度填充蜂窝结构复合材料铣削试验,分析加工形貌及其对加工质量影响特性,以蜂窝壁宽度W s作为指标对不同刀具铣削加工质量进行评价。结果表明,低密度填充蜂窝结构复合材料铣削加工表面损伤特征包括蜂窝壁变宽、填充材料凹坑、蜂窝壁分层以及蜂窝壁毛刺;蜂窝壁变宽是加工表面普遍存在损伤现象,且双层蜂窝壁变宽程度尤为剧烈,对表面质量有重要影响。以蜂窝壁宽度W s作为损伤评价特征能准确反映加工表面质量,其中PCD铣刀加工表面的蜂窝壁宽度增幅最小,为6.7%,加工表面整洁;玉米铣刀和涂层四刃铣刀加工表面质量较好,纤维残余较少,毛刺和撕裂较小;金刚石磨头加工表面质量差,表面粗糙,容易形成堆积切屑,蜂窝壁宽度增幅最大,为25.6%。因此,PCD铣刀为低密度填充蜂窝结构复合材料最佳刀具。

蜂窝复合材料的研究与应用

从20世纪40年代起,鉴于航空工业的需要,复合材料逐渐发展起来并以其优越的性能占据了极大分量。蜂窝复合材料作为新型仿生学新复合材料,借鉴了蜂巢正六边形的完美拓扑结构,具备十分优异的消音、高强度、高抗性、隔热等性能,被广泛应用在航空航天等多个领域。文章主要以蜂窝复合材料为研究对象,探究其在与不同新型热门材料结合后相比于传统材料的优势及未来发展应用方向。

挖补修理蜂窝夹芯结构侧压强度的可靠性及灵敏度分析

以挖补修理复合材料蜂窝夹芯结构为研究对象,考虑胶层性能的不确定性,通过ABAQUS-MATLAB-Python联合仿真,建立挖补修理蜂窝夹芯结构侧向压缩渐进损伤分析模型,得到随机变量与其所对应的输出响应。基于蒙特卡罗法进行可靠性分析,采用基于方差和失效概率的全局灵敏度分析方法进行参数灵敏度分析。结果表明:外载荷在不同数值区间下结构失效概率具有较大差异,在接近极限破坏载荷时失效概率显著增加;胶层厚度方向的弹性模量和面内两个相互垂直方向上的剪切模量对挖补修理蜂窝夹芯结构侧压强度方差和失效概率的影响较大。

复合材料蜂窝夹芯结构的三点弯曲性能

通过三点弯曲试验研究了纤维增强复合材料铝蜂窝夹芯结构的力学性能。分析了不同面板类型(碳纤维面板、玻璃纤维面板、碳纤维/玻璃纤维面板)以及面板厚度和芯体孔径大小对结构破坏模式、极限载荷和能量吸收的影响。结果表明,碳纤维/铝蜂窝夹芯结构相较于其他两种结构,其极限载荷和能量吸收更强;面板越厚,芯体孔径越小,结构的极限载荷和能量吸收越强;面板厚度对于能量吸收影响较大,芯体孔径对极限载荷影响较大。对碳纤维/铝蜂窝夹芯结构进行有限元模拟,对其破坏变形过程进行对比分析后,验证了模型的有效性,为试验的设计和分析提供了指导与帮助。

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。

激光辐照下蜂窝夹芯复合材料结构传热及热烧蚀分析

结合蜂窝结构传热机制与复合材料烧蚀机制,研究了蜂窝夹芯复合材料结构在激光辐照条件下的热响应。针对典型蜂窝单元,建立了细观导热及烧蚀理论模型。基于有限元软件热分析模块和二次开发程序构建了蜂窝夹芯结构的高温传热数值模型,考虑了热物性参数的非线性变化、树脂热解和纤维烧蚀过程。采用连续激光作为加载热源,设计并开展了大气环境中蜂窝结构的热烧蚀实验,获得了蜂窝结构的动态烧蚀特征。结果表明,蜂窝夹芯复合材料结构在激光功率密度为102 W/cm^(2)量级时具有良好的抗烧蚀能力,数值模型能够较为准确地模拟激光加载蜂窝结构过程中的烧蚀温度和树脂、纤维的烧蚀情况,并获得较为真实的烧蚀形貌。

碳纤维铝蜂窝复合材料汽车保险杠横梁轻量化设计

采用碳纤维铝蜂窝复合材料替代原铝合金材料,对汽车的保险杠横梁进行轻量化设计,并利用Abaqus CAE软件对比分析铝合金(6082-T6)、T300和T700碳纤维以及T300碳纤维铝蜂窝复合材料保险杠横梁的力学性能。利用碳纤维铝蜂窝复合材料结构方面的可设计性,探索碳纤维铝蜂窝复合材料面板的厚度、铝蜂窝的边长尺寸以及铝蜂窝的壁厚等结构参数对碳纤维铝蜂窝复合材料保险杠横梁性能的影响规律,通过调节结构参数获得最优性能的碳纤维铝蜂窝复合材料汽车保险杠横梁。结果显示,设计的H4碳纤维铝蜂窝复合材料的保险杠横梁的抗冲击性能优于传统铝合金,并且能减重50%左右,满足使用要求且轻量化效果显著。

Kagome点阵夹芯结构平压性能研究

采用有限元数值仿真和试验验证相结合的方法研究了复合材料Kagome点阵夹芯结构的平压性能,分析了不同结构参数对Kagome点阵夹芯结构平压性能及失效模式的影响。结果表明,在平压载荷下,杆件直径对Kagome点阵夹芯结构的平压峰值载荷幅度影响较大,而芯子高度和杆件角度对峰值载荷幅度影响较小,夹芯结构失效的主要形式有杆件变形最大处断裂、杆件与面板连接处断裂、杆件交叉连接处断裂等。通过对比Kagome点阵夹芯结构有限元数值仿真结果与平压试验结果,验证了有限元模型的可靠性。