对铝蜂窝夹层板Y等效模型的动力学数值仿真

按照铝蜂窝板的生产工艺,利用ANSYS建立了铝蜂窝夹层板的实体有限元模型和Y等效模型,并在蜂窝板大小、蒙皮与夹芯高度之比、夹芯胞元壁厚和夹芯胞元大小等不同情况下,计算出2种模型在四边固支条件下的固有频率。经分析对比可知,2种模型在蜂窝个数达到一定数目时,数值仿真结果具有较高一致性。

Y型蜂窝等效模型及蜂窝夹芯结构车体的仿真分析

复合材料夹芯结构在轨道车辆车体轻量化中应用广泛,但在大型夹芯结构车体仿真计算时,存在结构层次复杂且分析经验较为缺乏等问题。本文提出考虑蜂窝双壁影响的Y型蜂窝等效模型,然后基于Y型蜂窝等效构建碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板仿真分析模型,并将其分别与三点弯曲试验进行验证。根据传统列车车体的蒙皮骨架形式,构建碳纤维铝蜂窝车体和格栅增强碳纤维铝蜂窝车体,并运用BSEN12663:2010标准和《复合材料设计手册》中的设计标准分析其刚度、强度、应变等力学性能。研究结果表明:碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板三点弯曲仿真结果与试验值误差分别为2.8%和0.1%,验证了Y型蜂窝等效模型具有较高的精度;碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了49.4%,强度最高提升了64.5%;格栅增强碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了67.6%,强度最高提升了66.2%。对于2种蜂窝夹芯结构车体的蒙皮来说,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体应变最低下降了36.9%,失效因子最低下降了61.1%,相比碳纤维铝蜂窝车体有较充足的安全余量;相比原不锈钢车体,2种蜂窝夹芯结构车体具有较好的减重效果,碳纤维铝蜂窝车体减重33.4%,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体减重13.1%。基于Y型蜂窝等效模型的碳纤维夹芯结构仿真分析,为先进复合材料轨道车辆车体结构轻量化设计提供了参考。