基于夹芯分层的碳纤维复材综框横梁仿真设计

为更好地适应现代织机的高速化发展要求,以一阶剪切变形理论为依据,将一种含夹芯分层的复材横梁应用于碳纤维综框技术升级。利用WorkBench/ACP模块开发复材横梁仿真模型,构建基于非对称纤维铺层的层压板设计方案,并通过配装铝合金板材对横梁结构进行强度加固。在考虑弹簧回综力和纱线张力影响的条件下,对复材横梁力学性能进行仿真分析。结果显示:复材横梁的自由振动模式以横向弯曲变形为主,应力集中区主要位于回综弹簧悬挂处;各纤维层的层间应力分布呈现一定对称性,靠近横梁两端区域的应力状态较为明显,而中间蜂窝芯材所受应力影响甚微;弹簧悬挂区各纤维层的失效顺序依次为0°、45°、-45°、90°;主应力S1是造成纤维层疲劳失效的主要因素。通过将夹芯分层与复材横梁结构设计相结合,有助于复合材料综框的轻量化实现与成本控制,为新型碳纤维综框的发展与性能提升提供了思路。

纸木蜂窝板面外静态压缩有限元仿真分析

目的探究纸木蜂窝板的压溃模式和单个蜂窝单元的变形失效模式,为纸木蜂窝板内部失效机制提供一定的理论基础。方法通过有限元仿真模拟,分析面外静态压缩得到变形云图、应力–应变云图和应力–应变曲线。结果纸木蜂窝板的受压过程分为4个阶段,应力集中分布在蜂窝芯层,最外侧的蜂窝最早出现变形且变形较大,随后中间区域的蜂窝逐步变形增大。蜂窝芯层在受压时存在至多1个应力峰,蜂窝壁弯曲折叠了1~2次,产生了1~2个塑性铰,并在此过程中吸收能量。结论纸木蜂窝板的压溃失效趋势为由外侧蜂窝向内部蜂窝,由单层壁向双层壁,由最弱的压溃点向其余位置。

开孔纸蜂窝芯层的面外静态压缩特性

针对双层侧壁开孔的纸蜂窝芯层的面外静态压缩特性,通过试验分析无孔和开孔纸蜂窝芯层在面外压缩量为85%时的压缩变形过程,研究相对湿度和圆孔直径对其强度性能的影响。基于蜂窝结构的对称性,利用两种基本单元模型,将面外受载的蜂窝胞壁视为无孔和开孔简支弹性薄板,推导出弹性屈曲临界应力和塑性屈曲平台应力的预测公式,结果表明理论计算与试验结果具有良好的一致性。结合纸基材的正交各向异性和纸蜂窝芯层的面外压缩特性,建立无孔、开孔纸蜂窝的有限元模型,仿真模拟蜂窝胞壁在弹性和塑性屈曲阶段的弯折变形演化过程,与静态压缩试验中所观察到的变形过程是一致的。

负泊松比蜂窝芯非线性等效弹性模量研究

设计并加工了一种负泊松比蜂窝结构,采用柔性悬臂梁模型,对蜂窝壁板大变形条件下的弯曲变形进行分析,给出了蜂窝芯面内等效弹性模量理论计算公式。通过有限元仿真和力学实验的对比分析,验证了非线性理论计算公式的正确性。得出了等效弹性模量的非线性特性及相同方向和不同方向弹性模量的变化特性。研究结果为柔性蜂窝芯层的工程实用化提供了参考。

基于遗传算法的蒙皮蜂窝芯结构参数优化与选型分析

以可变体飞行器蒙皮结构设计中的蜂窝芯结构为研究对象,基于Gibson公式及Euler梁理论,在满足机翼实现连续变体的气动特性前提下,建立柔性蜂窝芯结构的参数优化模型。借助遗传算法对特定蜂窝芯单元选型参数进行多目标优化设计,得到了不同蜂窝芯结构的选型参数对面内变形能力的影响规律。根据不同蜂窝芯结构的面内变形性能,进行蒙皮蜂窝芯结构的选型分析,为可变形蒙皮蜂窝芯结构的选型提供了一些参考。

蜂窝芯零件加工技术研究

对蜂窝芯零件加工技术研究现状进行了阐述,并提供了一种蜂窝芯深槽加工方法。该方法通过制作加强层,依顺序安放,真空袋封装,烘箱内加热加压固化等工艺对蜂窝芯进行增强,采用数控磨床实现蜂窝芯深槽加工。使用该方法可以保证蜂窝芯深槽的间距和尺寸精度,加工过程中蜂窝芯无损伤,加工后的蜂窝芯整体性好,祛除增强材料后,不会对蜂窝芯产生任何化学或者物理的损伤,保持了蜂窝芯原有的特性。

厚度梯度型负泊松比蜂窝抗爆炸特性及优化

为了提高军用车辆底部防护组件的抗爆炸性能,降低在爆炸发生时车内乘员的损伤,建立了某军用车辆底部防护组件模型,与爆炸试验台架进行了对比标定,验证了仿真模型的准确性;对比了均质负泊松比蜂窝芯层和几种不同厚度梯度型负泊松比蜂窝芯层的底部组件防护性能,结果表明:在同等质量条件下,厚度梯度型负泊松比蜂窝芯层的组件有更好的防护性能;对厚度梯度型负泊松比蜂窝芯层进行了材料结构一体化多目标优化设计,使底部防护组件具有更佳防爆性能。

U形夹芯结构复合材料蒙皮制造技术研究

针对U形夹芯结构复合材料蒙皮在实际成型过程中存在的主要问题进行了研究,在蜂窝芯局部稳定辅助手工倒角、蜂窝芯外形控制、铺层交叉固持及零件外形检测等方面对成型工艺进行了改进,并对相应的改进进行了深入分析。研究结果表明:通过对蜂窝的局部稳定化处理,实现了过拉伸蜂窝芯手工修切过程中倒角表面质量的明显改善;通过对外形样板的优化设计,实现了过拉伸蜂窝芯外形尺寸的精度控制;通过对铺叠过程中铺层的交叉固持,避免了U形夹芯结构复合材料蒙皮固化时的压力传递问题,有效解决了蜂窝芯收缩、铺层滑移皱褶及内部分层等问题;通过简易卡板、定力夹紧装置与塞尺方式相结合的方法,实现了零件状态下外形的高效测量。

具有蜂窝状结构夹板的空气层复合传热的研究

本研究在考虑了辐射换热的条件下对带六角形蜂窝状结构的竖直空气层的复合传热进行了数值解析蜂窝状芯材的温度是通过对流和辐射之间的热平衡来决定的，因此，在芯材极其薄的情况下，辐射换热将对自然对流产生影响。本文通过对辐射率ε＝０．０３～１．０，Ｐｒ＝０．７，Ｒａ＝１０３～１０５的各种组合条件下的计算，解明了辐射换热对对流换热所产生的影响。

单层与多层蜂窝芯玻璃钢蜂窝板的热性能模拟

基于ANSYS有限元软件,模拟研究了玻璃钢蜂窝板的稳态、瞬态传热。在与实际试验保持一致的情况下,建立了玻璃钢蜂窝板流体与固体耦合传热平面模型,研究了蜂窝芯为不同工况时,玻璃钢蜂窝板稳态与瞬态热性能、热量传递机制,稳态的热性能的当量热导率的模拟结果与Swann and Pittman经验公式计算的结果十分吻合,并且瞬态表面热响应的模拟结果与试验结果也较吻合,说明ANSYS有限元方法能够准确模拟玻璃钢蜂窝板传热。此外,蜂窝芯腔表面间的辐射换热是玻璃钢蜂窝板的一个重要的热量传递机制,在高温情况下应考虑辐射换热。随着蜂窝芯高度的增加,玻璃钢蜂窝板的导热系数逐渐增大。玻璃钢蜂窝板的总高度固定时,随着蜂窝芯层数的增加,玻璃钢蜂窝板的导热系数逐渐降低,温度逐渐降低并趋于稳定值。