塑料蜂窝夹层结构的成型方法和抗弯性能研究

发布时间：2017-08-21 15:47

  本文关键词：塑料蜂窝夹层结构的成型方法和抗弯性能研究

  更多相关文章： 塑料蜂窝 夹层结构 成型方法 抗弯性能 多目标优化

【摘要】：蜂窝夹层结构随着航空航天事业技术的进步而迅速发展,是一种高效结构材料。该结构在刚度、强度、疲劳强度、隔音隔热、抗震、减重等方面具有优异的性能,现已被广泛的应用到建筑、飞机、汽车、船舶等各方面。本文主要研究塑料蜂窝夹层结构的新型成型方法和抗弯性能,运用塑料蜂窝夹层板生产机组,通过挤出、模压的成型方法制备新型塑料蜂窝夹层板,详细说明了夹层结构的成型机制和模具的设计。通过测试和Workbench有限元分析的方法研究蜂窝夹层板的抗弯性能,改变蜂窝夹层板的胞元壁厚、胞元内边长、芯层高度和蒙皮厚度,研究这些尺寸参数对蜂窝夹层板等效弹性模量和比模量的影响规律,比较在不同尺寸参数下横向和纵向的整体抗弯性能。变化蜂窝的夹角,设计梯度壁厚,研究蜂窝角度和梯度壁厚对芯层面内横向和纵向弹性模量的影响。最后运用代理模型的多目标优化方法,对塑料蜂窝夹层结构进行优化设计。研究表明,正六边形蜂窝夹层板纵向的抗弯弹性模量高于横向的抗弯弹性模量,且差异性随着蜂窝胞元壁厚边长比的增加而增加;胞元壁厚的增加引起蜂窝夹层板等效弹性模量增加而比模量下降;随着蒙皮厚度的增加,等效弹性模量增加,比模量先上升后下降;随着胞元内边长的增加,等效弹性模量减小,比模量先上升后下降;蜂窝芯层高度的增加引起抗弯刚度EI显著增加,比模量先增大后减小,在芯层高度为5 mm时,比模量达到峰值。蜂窝面内弹性模量对角度的变化十分敏感:随着角度的增加,面内横向弹性模量迅速下降,而纵向弹性模量增加,蜂窝芯面内弹性模量横向和纵向差异性发生较大变化。当θ=30°时,各向差异性较小,当θ=15°时,横向弹性模量比纵向的强;当θ=45°,纵向弹性模量比横向的强。梯度壁厚对蜂窝面内弹性模量有一定的影响,适当的梯度指数对面内弹性模量有增强作用,反之则有减弱的作用。以弹性模量最大,相对密度最小为优化目标,基于代理模型对蜂窝夹层板的结构参数进行多目标智能优化分析,获得的最优解使弹性模量增加了19.9%,而相对密度仅增加了2.1%。
【关键词】：塑料蜂窝 夹层结构 成型方法 抗弯性能 多目标优化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ320.7;TB383.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 物理量符号及名称11-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 引言12-13
• 1.2 蜂窝夹层结构的概述13-17
• 1.2.1 蜂窝夹层板的结构13-14
• 1.2.2 蜂窝夹层材料的应用14-15
• 1.2.3 蜂窝材料的制备15-16
• 1.2.4 蜂窝夹层结构的特点和失效形式16-17
• 1.3 蜂窝结构的性能研究和等效理论17-20
• 1.3.1 蜂窝结构性能研究17-19
• 1.3.2 蜂窝夹层结构的等效理论19-20
• 1.4 蜂窝拓扑结构和轻量化设计20-21
• 1.5 本文工作21-22
• 1.5.1 研究目的21
• 1.5.2 本文内容21-22
• 1.6 本章小结22-23
• 第二章 塑料蜂窝夹层结构的成型方法和实验23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 塑料蜂窝夹层结构成型方法23-29
• 2.2.1 塑料蜂窝夹层板生产机组的控制和调速23-24
• 2.2.2 单螺杆挤出机24-25
• 2.2.3 三辊模压机25
• 2.2.4 蜂窝芯与上蒙皮贴覆25-26
• 2.2.5 塑料蜂窝成型模具结构26-28
• 2.2.6 牵引系统和剪切机28-29
• 2.3 塑料蜂窝夹层结构制备实验29-34
• 2.3.1 实验材料29
• 2.3.2 实验设备29-31
• 2.3.3 实验步骤31-34
• 2.4 塑料蜂窝夹层板的测试34-37
• 2.4.1 测试方法和步骤34-35
• 2.4.2 测试结果分析35-37
• 2.4.3 破坏形式分析37
• 2.5 本章小结37-39
• 第三章 蜂窝芯等效弹性参数计算及夹层结构仿真实验39-56
• 3.1 引言39
• 3.2 蜂窝芯等效弹性参数研究39-46
• 3.2.1 六边形蜂窝Y模型39-41
• 3.2.2 面内横向弹性模量E_(cx)41-43
• 3.2.3 面内纵向弹性模量E_(cy)43-45
• 3.2.4 面外弹性模量E_(cz)45-46
• 3.3 不同角度蜂窝的面内弹性模量和相对密度的数值计算46-49
• 3.4 塑料蜂窝夹层板有限元仿真实验49-54
• 3.4.1 三维建模49-50
• 3.4.2 网格划分50-53
• 3.4.3 设置接触和施加载荷53-54
• 3.4.4 结果后处理54
• 3.5 仿真结果与实验结果对比54-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 塑料六边形蜂窝夹层结构抗弯性能研究56-75
• 4.1 引言56
• 4.2 正六边形蜂窝夹层板整体抗弯性能研究56-66
• 4.2.1 正六边形蜂窝夹层板横向和纵向的抗弯性能比较56-58
• 4.2.2 胞元壁厚对蜂窝夹层板抗弯性能的影响58-61
• 4.2.3 蒙皮厚度对蜂窝夹层板抗弯性能的影响61-63
• 4.2.4 胞元内边长对蜂窝夹层板抗弯性能的影响63-64
• 4.2.5 芯层高度对蜂窝夹层板抗弯性能的影响64-66
• 4.3 蜂窝芯层面内刚度研究66-74
• 4.3.1 不同夹角的六边形均匀壁厚蜂窝芯层面内刚度研究66-69
• 4.3.2 梯度壁厚蜂窝芯层面内刚度研究69-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第五章 基于代理模型的蜂窝夹层结构多目标优化设计75-84
• 5.1 引言75
• 5.2 多目标优化问题描述75
• 5.3 代理模型的构建75-80
• 5.3.1 试验设计76
• 5.3.2 代理模型构造方法76-77
• 5.3.3 代理模型的评价77-79
• 5.3.4 基于代理模型的多目标优化模型79-80
• 5.4 结果分析与讨论80-83
• 5.4.1 灵敏度分析80-81
• 5.4.2 pareto最优解集81-83
• 5.5 本章小结83-84
• 全文结论与展望84-86
• 参考文献86-92
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果92-93
• 致谢93-94
• 附件94

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本文编号：713773