复合材料蜂窝夹芯吸波结构的动力学模型研究
发布时间：2021-04-15 04:10
在航空航天事业发展中,结构轻量化一直是研究者们的关注焦点,同时吸波技术作为提高航空航天系统的生存能力的有效手段,受到世界各国的高度重视。使用吸波胶浸润处理后的蜂窝夹芯,其制成的复合材料蜂窝夹芯吸波结构兼具承载与吸波的双重功能,且具有可设计性,高比强度、高比刚度等优越性能,可广泛应用于飞机的各种承力结构。复合材料蜂窝夹芯吸波结构将结构吸波与涂层吸波相结合,使用该材料制作的产品将具有更为优异的吸波性能。为探索复合材料蜂窝夹芯吸波结构的静力学性能与动力学响应模型,主要做了以下研究工作:本文首先介绍了夹芯结构的基本理论,并分析各个等效模型在静力学计算和动力学分析中的优劣。进行了六边形蜂窝芯层等效参数研究,以铝蜂窝为例,建立有限元模型对各种等效方法进行分析和对比,然后采用双尺度分析方法,将静态载荷以及动力学分析中的还原模型与精细化模型对比。后续选取Nomex纸蜂窝作为面板及蜂窝芯的材料进行双尺度分析,验证模型精度。然后分别对复合材料蜂窝夹芯吸波结构进行了平压、剪切、三点弯曲试验工作,获得复合材料蜂窝夹芯吸波结构的材料性能参数。并且对蜂窝纸进行试验,获得蜂窝纸的材料性能参数。根据获得的力学性能参数...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
夹芯板结构图
哈尔滨工业大学硕士学位论文-5-图1-2蜂窝夹芯板结构示意图图中，1、4为上下面板，3为芯层，2为胶层。其中，胶层主要用于连接芯层和面板，其厚度较孝质量较轻，不是主要承载部位，因此在蜂窝夹芯板分析时一般忽略胶层的影响。自蜂窝结构开始应用以来，国内外学者就对蜂窝夹层的夹芯细观结构及整个蜂窝夹层的宏观结构的力学性能进行了不断的探索，其研究范围涵盖了蜂窝夹芯结构的理论分析、夹芯的细观结构理论分析、数值模拟、试验等。蜂窝夹芯结构在力学上的特点是面板为主要承载层，而夹芯的作用是把两块面板隔开，并和面板牢固地结合在一起承受剪切应力；这与工字梁的受力状况极为相似，即面板起着翼板的作用，夹芯起着腹板的作用。针对夹芯板的受力状况，早期Allen提出了一种被广泛应用的简化模型，该模型假定夹芯处于“反平面”应变状态，即夹芯极软，仅能抵抗横向切应力，忽略其面内刚度和弯曲刚度；假定上、下面板服从Kirchhoff假设，即只能承受面内应力，而忽略其抵抗横向切应力的能力。该模型的优点是将面板与夹芯的承载单独区分开来，较大程度简化了分析；但值得注意的是：夹芯相对于面板而言具有较大的几何厚度，在某些情况下忽略其面内刚度和弯曲刚度会导致较大误差。后续研究人员提出了其他考虑夹芯面内刚度的蜂窝夹芯板分析模型，这些模型都将夹芯视为服从剪切变形理论的正交各向异性层，然后确定蜂窝夹芯面内等效材料参数，最后再进行求解分析[49]。目前，蜂窝夹芯结构常用的等效方法有：（1）三明治夹芯板理论；（2）等效板理论；（3）蜂窝板理论等。下面简要介绍这几种比较常用的蜂窝夹芯结构等效理论。
对蜂窝夹芯板相应力学特性的预测。等效板理论在很大程度上能够简化分析，便于各种工程计算，具有较高的工程应用价值。根据等效板与原夹芯板的厚度尺寸异同，可将等效板理论具体划分为与原板厚度不等的等效模型和与原板厚度相等的等效模型。1.3.2.1与原板厚度不等的等效模型与原板厚度不等的等效模型遵循刚度等效理论（又称为等刚度法），即将蜂窝夹芯板等效成与原夹芯板不等厚度但刚度相等的单层板。该单层板不仅能像原夹芯板一样承受垂直于面板的剪力和弯矩，还能承受面内的拉压和剪切载荷。其等效过程如图2-2所示。图1-3与原板厚度不等的等效模型示意图等刚度法又可以划分为基于Reissner理论的等刚度法和基于Hoff理论的等刚度法。在Reissner理论中，把面板看作薄膜，认为其只承受面内载荷，忽略其本身的抗弯刚度，认为夹芯只承受剪切作用。在Reissner理论中，蜂窝夹芯板的
【参考文献】：
期刊论文
[1]类方形蜂窝夹芯结构力学性能研究[J]. 童冠,李响,梅月媛,周幼辉. 河北科技大学学报. 2017(06)
[2]蜂窝芯层等效参数研究综述[J]. 富明慧,徐欧腾,陈誉. 材料导报. 2015(05)
[3]关于蜂窝芯体面外等效剪切模量的讨论[J]. 富明慧,徐欧腾. 固体力学学报. 2014(04)
[4]蜂窝层芯夹层板结构振动与传声特性研究[J]. 任树伟,辛锋先,卢天健. 力学学报. 2013(03)
[5]多铺层碳纤维蜂窝板模型修正[J]. 秦玉灵,孔宪仁,罗文波. 航空学报. 2011(04)
[6]蜂窝芯体材料面外等效弹性模量预测与分析[J]. 赵剑,谢宗蕻,安学峰,张明,刘刚,马宏毅. 航空材料学报. 2008(04)
[7]蜂窝铝芯的弹性模量和材料效率分析[J]. 孙德强,张卫红,孙玉瑾. 力学与实践. 2008(01)
[8]飞行器复合材料结构设计、制造与分析技术的发展[J]. 燕瑛,任成明. 航空制造技术. 2007(12)
[9]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义. 复合材料学报. 2007(01)
[10]蜂窝夹芯剪切等效模量研究[J]. 王萍萍,陈昌亚,罗文波,孔宪仁,邹经湘. 力学与实践. 2005(03)
博士论文
[1]蜂窝夹层壳的线性与非线性静动力数值分析方法研究[D]. 崔光育.清华大学 1995
硕士论文
[1]复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤分析[D]. Sharunov Mykola.哈尔滨工业大学 2019
[2]铝合金蜂窝板与杆协同工作问题的数值模型及试验研究[D]. 杨勇.东南大学 2018
[3]基于多层蜂窝结构的材料制作及其力学性能的研究[D]. 徐华明.广西大学 2017
[4]复合材料蜂窝夹芯板结构损伤及其修理后仿真分析[D]. 华洲.哈尔滨工业大学 2017
[5]航天器仪器安装板非均匀蜂窝夹芯分布的优化与分析[D]. 张砚珅.国防科学技术大学 2016
[6]星载可展开结构若干关键技术问题的研究[D]. 曹长明.浙江大学 2016
[7]复合材料蜂窝夹芯板力学性能及稳定性研究[D]. 张利猛.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3138641
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
夹芯板结构图
哈尔滨工业大学硕士学位论文-5-图1-2蜂窝夹芯板结构示意图图中，1、4为上下面板，3为芯层，2为胶层。其中，胶层主要用于连接芯层和面板，其厚度较孝质量较轻，不是主要承载部位，因此在蜂窝夹芯板分析时一般忽略胶层的影响。自蜂窝结构开始应用以来，国内外学者就对蜂窝夹层的夹芯细观结构及整个蜂窝夹层的宏观结构的力学性能进行了不断的探索，其研究范围涵盖了蜂窝夹芯结构的理论分析、夹芯的细观结构理论分析、数值模拟、试验等。蜂窝夹芯结构在力学上的特点是面板为主要承载层，而夹芯的作用是把两块面板隔开，并和面板牢固地结合在一起承受剪切应力；这与工字梁的受力状况极为相似，即面板起着翼板的作用，夹芯起着腹板的作用。针对夹芯板的受力状况，早期Allen提出了一种被广泛应用的简化模型，该模型假定夹芯处于“反平面”应变状态，即夹芯极软，仅能抵抗横向切应力，忽略其面内刚度和弯曲刚度；假定上、下面板服从Kirchhoff假设，即只能承受面内应力，而忽略其抵抗横向切应力的能力。该模型的优点是将面板与夹芯的承载单独区分开来，较大程度简化了分析；但值得注意的是：夹芯相对于面板而言具有较大的几何厚度，在某些情况下忽略其面内刚度和弯曲刚度会导致较大误差。后续研究人员提出了其他考虑夹芯面内刚度的蜂窝夹芯板分析模型，这些模型都将夹芯视为服从剪切变形理论的正交各向异性层，然后确定蜂窝夹芯面内等效材料参数，最后再进行求解分析[49]。目前，蜂窝夹芯结构常用的等效方法有：（1）三明治夹芯板理论；（2）等效板理论；（3）蜂窝板理论等。下面简要介绍这几种比较常用的蜂窝夹芯结构等效理论。
对蜂窝夹芯板相应力学特性的预测。等效板理论在很大程度上能够简化分析，便于各种工程计算，具有较高的工程应用价值。根据等效板与原夹芯板的厚度尺寸异同，可将等效板理论具体划分为与原板厚度不等的等效模型和与原板厚度相等的等效模型。1.3.2.1与原板厚度不等的等效模型与原板厚度不等的等效模型遵循刚度等效理论（又称为等刚度法），即将蜂窝夹芯板等效成与原夹芯板不等厚度但刚度相等的单层板。该单层板不仅能像原夹芯板一样承受垂直于面板的剪力和弯矩，还能承受面内的拉压和剪切载荷。其等效过程如图2-2所示。图1-3与原板厚度不等的等效模型示意图等刚度法又可以划分为基于Reissner理论的等刚度法和基于Hoff理论的等刚度法。在Reissner理论中，把面板看作薄膜，认为其只承受面内载荷，忽略其本身的抗弯刚度，认为夹芯只承受剪切作用。在Reissner理论中，蜂窝夹芯板的
【参考文献】：
期刊论文
[1]类方形蜂窝夹芯结构力学性能研究[J]. 童冠,李响,梅月媛,周幼辉. 河北科技大学学报. 2017(06)
[2]蜂窝芯层等效参数研究综述[J]. 富明慧,徐欧腾,陈誉. 材料导报. 2015(05)
[3]关于蜂窝芯体面外等效剪切模量的讨论[J]. 富明慧,徐欧腾. 固体力学学报. 2014(04)
[4]蜂窝层芯夹层板结构振动与传声特性研究[J]. 任树伟,辛锋先,卢天健. 力学学报. 2013(03)
[5]多铺层碳纤维蜂窝板模型修正[J]. 秦玉灵,孔宪仁,罗文波. 航空学报. 2011(04)
[6]蜂窝芯体材料面外等效弹性模量预测与分析[J]. 赵剑,谢宗蕻,安学峰,张明,刘刚,马宏毅. 航空材料学报. 2008(04)
[7]蜂窝铝芯的弹性模量和材料效率分析[J]. 孙德强,张卫红,孙玉瑾. 力学与实践. 2008(01)
[8]飞行器复合材料结构设计、制造与分析技术的发展[J]. 燕瑛,任成明. 航空制造技术. 2007(12)
[9]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义. 复合材料学报. 2007(01)
[10]蜂窝夹芯剪切等效模量研究[J]. 王萍萍,陈昌亚,罗文波,孔宪仁,邹经湘. 力学与实践. 2005(03)
博士论文
[1]蜂窝夹层壳的线性与非线性静动力数值分析方法研究[D]. 崔光育.清华大学 1995
硕士论文
[1]复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤分析[D]. Sharunov Mykola.哈尔滨工业大学 2019
[2]铝合金蜂窝板与杆协同工作问题的数值模型及试验研究[D]. 杨勇.东南大学 2018
[3]基于多层蜂窝结构的材料制作及其力学性能的研究[D]. 徐华明.广西大学 2017
[4]复合材料蜂窝夹芯板结构损伤及其修理后仿真分析[D]. 华洲.哈尔滨工业大学 2017
[5]航天器仪器安装板非均匀蜂窝夹芯分布的优化与分析[D]. 张砚珅.国防科学技术大学 2016
[6]星载可展开结构若干关键技术问题的研究[D]. 曹长明.浙江大学 2016
[7]复合材料蜂窝夹芯板力学性能及稳定性研究[D]. 张利猛.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3138641
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3138641.html
