Development of Composite Cellular Cores for Sandwich Panels Based on Folded Polar Quadra-Structures

An idea to develop a family of cellular cores for sandwich panels using a technology of prepreg folding is presented. Polar folded quadra structures are regarded as a geometric basis for these cores whose standard frag ment has lhe fourlh degree of axial symmelry. The classification of the polar strucluresaredeseribedanda method of various quadra slrueture synthesis is developed. A possibilily to provide high strength of lhe structure due m preservation of faces reinforcement pattern is presented. Arrangemen! of the plane core on a bi curvature surface is also introduced. Besides, provision of isotropyof the core in two or three directions are described. Finally, exam ples of cellular folded cores manufaclured from basalt reinforced plaslic are demonslrated.

热塑性夹芯结构复合材料制造及改性工艺研究进展

夹芯结构复合材料因具有轻质、高强、抗冲击及设计灵活性等特点,在航空航天、新能源汽车制造等领域中表现出优异的应用前景。以热塑性复合材料为原材料的热塑性夹芯结构复合材料具有设计灵活、方便、易成型和生产效率高,以及优异的刚性和抗冲击性能等优势,符合未来绿色制造的发展趋势,已成为复合材料领域中实现结构轻量化的研究热点。然而,热塑性夹芯结构复合材料在实际应用过程中常出现纤维断裂、分层或脱粘等问题,因此需对制造工艺进行探索。目前,热塑性夹芯结构复合材料制造工艺的开发主要着眼于结构功能一体化设计,以及更大发挥热塑性复合材料的抗疲劳、耐腐蚀和抗热性能等方面。针对热塑性夹芯结构复合材料的制造工艺,重点介绍了热压成型、3D打印和折叠法,通过对比热塑性夹芯结构复合材料的力学性能和破坏模式,分析了这些制造工艺的优缺点,并且展望了这3种制备工艺的未来发展趋势和应用前景。为进一步提高热塑性复合材料的综合性能,总结了增强增韧改性处理及面/芯界面增强对热塑性夹芯结构复合材料性能的影响,特别是吸能和抗冲击性能。为优化热塑性夹芯结构复合材料的制造工艺,提高结构材料的性能及新型轻量化结构设计,提供了有益参考。

夹层板在舰船舷侧防护结构中的应用

水面舰船抗水下爆炸的性能是舰船生命力的重要方面,深受各国海军重视。以某型水面舰船为研究对象,基于夹层板进行舷侧结构设计;选取典型工况,采用三舱段模型技术,使用MSC.Dytran对夹层板舷侧结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应进行仿真计算。比较分析了流-固耦合力、结构变形、速度、加速度、吸能等重要力学性能。结果表明夹层板应用于舰船舷侧结构使得结构的变形、位移减小,结构塑性吸能增加,显著改善了结构的冲击环境。夹层板是一种防护性能优良的结构形式,吸能效率较高,还减小了冲击波压力及冲量的吸收及传递,对减小舰船其它部位结构的损伤防护起到重要作用。

基于夹层板的单壳船体结构耐撞性设计

减小船舶碰撞损伤提高船舶结构安全性是开展耐撞设计的主要目的。仅靠对传统结构进行优化来提高结构的耐撞性能是有限的,设计高效的吸能单元是提高结构耐撞性能的主要途径。夹层板(蜂窝式夹层板、折叠式夹层板)具有吸能好、比强度高等特性,是一种理想的能量吸收单元。基于夹层板设计出新式单壳舷侧耐撞结构形式,对其耐撞性能进行研究,并与不同耐撞结构形式进行比较。数值仿真结果证明,夹层板舷侧结构显著提高了舷侧结构的抗撞能力,是一种先进的耐撞结构形式。

基于折叠式夹层板船体结构耐撞性设计

提高船体结构的耐撞性能是开展船舶碰撞与搁浅研究的主要目的,通过船体结构耐撞设计提高船舶的安全性,对常规船体结构进行优化来提高结构耐撞性能是有限的,设计新型高效的吸能单元是提高结构耐撞性能的有效途径.折叠式夹层板具有吸能好、比强高、刚度大等特性,是一种理想的能量吸收单元.引进特种吸能单元FSP设计出一种新式耐撞结构形式,分别应用于双壳、单壳舷侧结构,对其耐撞性能进行研究.通过数值仿真计算分析,证实FSP舷侧结构显著提高了单壳、双壳舷侧结构的抗撞能力,FSP结构是一种先进的耐撞结构形式.

V-型皱褶夹芯板与隔声性能实验

设计并制作了5个不同几何特征参数和构型的皱褶芯材夹层板试验件,采用混响室-消声室法进行了标准隔声试验。通过对比试验,分析了褶皱芯材夹层板的隔声性能的基本规律,给出了隔声性能与其特征参数及构型之间的基本关系。试验结果表明:复合材料皱褶芯材夹层板的隔声性能随高度和面密度的增加而提高;复合材料皱褶芯材夹层板的隔声性能不完全服从质量定律;重量相同时,板的构型对其隔声性能有很大影响;在低、高频段,双层芯材垂直叠放夹层板的隔声性能比单层芯材夹层板好。

皱褶结构芯格构型的几何设计方法

夹层结构具有较高的抗弯刚度质量比 ,较好的吸音、隔音、隔热和耐疲劳性能 ,被广泛应用于航空航天领域。夹层结构的芯材是具有一定抗剪刚度的轻质材料。从理论上讲 ,可以制造出各种不同构造型式的芯材。但由于工艺方法以及制造成本的限制 ,目前结构上常用的是由金属或非金属材料制成的六角蜂窝芯材。本文介绍了将平面板材通过按一定有规律的线系进行皱褶 ,从而形成各种不同构造型式、不同几何尺寸的等高度、变高度或曲面构型等复杂形状的芯材 ,用以满足各种不同的结构和功能性要求。而且 ,这种方法具有很好的工艺性。

铝合金皱褶芯材夹层板当量导热系数

设计并制作了13个不同几何特征参数的铝合金皱褶芯材夹层板。在一定假设条件下,运用工程软件AN SY S对它们的当量热传导系数进行了数值计算,分析了V-型皱褶芯材夹层板几何特征参数对其基本热传导性能的影响。同时,进行了当量热传导系数的实验测定,通过对比分析,验证了数值计算结果。给出了常温下皱褶芯材夹层板的当量热传导系数随皱褶板几何特征参数的变化关系,为皱褶芯材夹层板在航空航天隔热防热结构中的应用提供了参考依据。

基于全耦合分析技术的折叠式夹层板船体结构碰撞性能研究

船舶碰撞事故往往会带来灾难性的后果,船舶碰撞性能以及耐撞结构设计方面的研究一直受到国内外学者的重视。基于全耦合数值仿真分析技术,以一多用途船舷侧结构为研究对象,设计出两种夹层板新式抗冲击舷侧结构,并对原结构和新式结构的碰撞性能进行比较。研究结果表明,新式舷侧结构发生损伤变形的区域较大,参与抵抗撞击的构件增多,损伤变形程度有所降低,且在总质量相当的条件下总吸能有大幅提高,可以有效缓解高能碰撞对结构的危害。

M-型皱褶芯材弹性常数的细观力学模型

研究了皱褶芯材的几何特征和承力特性 ,给出了其当量弹性常数求解的细观力学模型。该模型采用材料力学的方法推导出了 M-型皱褶芯材的当量密度ρ、当量线弹性模量Εz 和当量剪切模量 Gyz。

折叠式夹层结构压皱性能数值仿真

为研究网格尺寸、加载速率及仿真试件的单元数和单元长度等对夹层板压皱性能的影响,用Abaqus对U-I形折叠式夹层板的压皱性能进行数值仿真,提出精度高、效率高的数值仿真模型化技术,分析不同变形模式和夹层结构尺寸对压皱性能的影响.结果表明:变形模式是决定夹层板压皱性能的关键因素;不同的结构参数组合会形成不同的变形模式,进而影响结构的压皱载荷和吸能特性;存在较优的夹芯壁厚、高度、间距和夹角的尺寸组合使夹层结构的吸能效率较优.

米仓山区盖层褶皱构造变形分析

通过１∶５万区域地质调查和构造研究，首次提出米仓山区构造模式是在印支期到喜马拉雅期秦岭造山、四川成盆的山－盆耦合作用动力学和区内岩石力学性质差异分层结构的地质背景下，经历主波长－接触应变褶皱之后，通过断展褶皱作用以先成褶皱包络面和盖层底部角度不整合面为褶皱变形面形成的一个巨型不协调背斜构造。充实并运用主波长理论公式估算了褶皱作用期间的有关参数。建立了区域构造两类四型五阶段演化模式。

钢质夹层桥梁防护装置的耐撞性能研究

通过对桥梁防护装置研究,提出四棱柱式与双折叠式夹层板桥梁防护装置,采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元对其耐撞性能进行数值仿真,探讨两种夹层板防护装置的尺寸参数对其性能的影响.研究结果表明:经结构优化后四棱柱式夹层板的耐撞性能优于双折叠式;分别用两种夹层板替换传统钢质箱式防护装置的外围板,两种夹层板式防护装置的耐撞性能均优于传统钢质防护装置,而四棱柱式防护装置的性能最佳.

复合材料褶皱夹芯结构的制备及压缩性能研究

目的探究复合材料褶皱芯子的一次性成型工艺,并研究浸胶量对褶皱夹芯结构压缩性能的影响。方法以V型褶皱夹芯结构为研究对象,首先采用真空吸附成型工艺制备V型复合材料褶皱芯子,然后通过黏接工艺将碳纤维复合材料层合板与褶皱芯子进行复合,得到复合材料褶皱夹芯结构,最后通过实验测试,研究该结构在压缩载荷作用下的力学性能和失效模式,以及不同浸胶量对其压缩性能的影响。结果采用真空吸附成型工艺能够一次性制备出褶皱芯子,其成型精度有待提高;由压缩实验可知,褶皱夹芯结构先从壁面开始失效,后逐步扩散至棱线处,最终导致芯子的整体失效;由压缩实验测试结果可知,浸胶量(质量分数)为11%、17%、22%的褶皱夹芯结构的破坏载荷分别为362.853、420.521、471.389 N。结论采用真空吸附成型工艺可一次性成型出褶皱芯子,其制备效率较高,但存在成型尺寸精度不高问题,后续需要进一步改进;在一定范围内,复合材料褶皱夹芯结构的压缩破坏载荷与芯子的浸胶量近似成正比例线性关系。

结构参数对树脂基纤维编织复合材料折叠夹芯结构力学性能的影响

折叠夹芯结构是一种新型的复合材料夹芯结构,其结构参数对力学性能有重要的影响。文中以碳纤维和Kevlar平纹编织预浸料为芯材原料,采用热压工艺,制备了复合材料折叠夹芯结构试样。通过压缩试验得到不同条件下折叠夹芯结构在静态压缩载荷作用下的力-位移变化曲线。构建了复合材料折叠夹芯结构有限元模型,对不同结构参数复合材料折叠夹芯的力学性能进行了数值模拟分析,并将模拟结果与实验结果进行对比验证了模型的可靠性。实验及数值模拟的分析结果表明,随着芯材厚度的增加,折叠夹芯层的压缩强度呈线性增加,其破坏形式由假塑性变形逐渐向脆性破坏转化;面板对夹芯层的约束作用能够极大地提高压缩模量和强度,而且上下面板对压缩性能曲线有着不同的影响;折叠夹芯单元的高度、长度、折叠夹角等参数对其力学性能具有不同程度的影响。

V型皱褶芯材夹层结构强迫对流传热与热应力分析

V型皱褶芯材夹层结构与强迫对流冷却相结合,可应用于高超声速飞行器或大功率电子器件承载和散热的多功能设计。文章采用数值仿真方法对强迫对流条件下V型皱褶芯材夹层结构的换热及其产生的热应力进行研究,获得了相应的速度场、温度场及结构热应力分布。结果表明:强迫对流条件下,V型皱褶芯材夹层结构的换热性能明显提高,同时导致较大的压力损失。流体速度场随着几何构型的改变而发生周期性的变化,在结构偏折处波峰一侧流速达到最大,对流换热得到增强;沿着冷却液流动方向,结构与冷却液的温度逐渐升高,并伴随着周期性的波动;皱褶芯材夹层结构的整体换热能力随着入口流速的增大而增强。热流输入侧的面板热应力和变形均较大,结构皱褶部位存在应力集中。

基于PCL的折叠式夹层板结构参数化建模

折叠式夹层板具有优越的力学性能,在有限元分析中,由于夹层板结构复杂,建模工作量大.针对这些问题,基于PCL对Patran进行二次开发,通过输入夹层板尺寸和网格数量等参数实现V形折叠式夹层板结构的参数化建模.编制折叠式夹层板建模界面,实现夹层板结构有限元分析参数化,提高建模效率,为夹层板结构设计提供支撑.

折叠V型夹层板舷侧结构的耐撞性能优化设计

基于传统加筋形式的船舶舷侧结构,提出一种新式折叠V型夹层板舷侧结构,针对其复杂的耐撞性优化问题,分别利用GA-BP-GA方法和直观分析法对其开展耐撞性能优化设计,并验证了GA-BP-GA方法的可行性与准确性。结果表明:经遗传算法优化后的BP神经网络具有较优的训练精度和泛化能力;与原设计相比,GA-BPGA最优设计的耐撞性能提高了21.0%,高于正交最优设计的16.5%和直观优化的6.3%;GA-BP-GA最优设计关于耐撞性指标的预测值与有限元仿真值之间的相对误差均小于3.5%,具有较高的可信度。

复合材料夹芯结构准静态稳定性性能现状概述

复合材料夹芯结构由于其优异的比强度、比刚度及较小的表观密度的优点而广泛应用于航空航天、船舶等各个领域。本文从理论研究、仿真分析、实验研究这3个方面出发,综述了蜂窝、泡沫、点阵、褶皱4种夹芯结构在准静态稳定性研究方面的现状。蜂窝夹芯结构的研究较成熟,进一步的研究应集中于应用领域;泡沫夹芯结构在面芯问题方面有待增强,可考虑纤维缝合技术;褶皱夹芯结构理论方面有待进一步研究,潜力巨大;点阵夹芯结构较其他结构抗屈曲能力更强,但是依然存在面芯粘接问题。复合材料夹芯结构在准静态稳定性方面的问题主要集中在面芯粘接方面,纤维缝合技术可以有效增强面芯性能,该方面的研究对增强复合材料夹芯结构稳定性有较强的潜力。

改进V-型复合材料褶皱夹芯结构的制备及压缩性能

以改进V-型褶皱夹芯结构为研究对象,采用模压成型法制备出改进的V-型复合材料褶皱芯子,结合二次粘接工艺将复合材料层合板与褶皱芯子进行复合得到一种新型复合材料褶皱夹芯结构。利用数值模拟与试验相结合的方法,重点考察了该结构在平压载荷作用下的力学响应及其破坏机制。通过引进纤维压溃模型,对该结构的损伤演化过程进行了描述,数值模拟与试验获得的压缩应力-应变曲线吻合较好。实验研究发现,相对密度的变化不仅对该结构的力学性能产生影响,而且将直接导致该结构的破坏模式发生转变。