论文部分内容阅读
目前,蜂窝夹芯结构在航天、航空、航海、汽车和建筑行业都有广泛的应用,随着工程应用环境越来越复杂,工程师对于蜂窝夹芯结构承载能力与功能性提出了更高的要求。在不增加结构重量的前提下,提升蜂窝夹芯结构的承载能力显得尤为重要,本文通过引入肋条结构来提高蜂窝夹芯结构的抗弯刚度,采用理论推导和有限元模拟方法对蜂窝夹芯结构的抗弯刚度进行优化,并通过实验测定抗弯刚度和强度的提升效果,观察了蜂窝夹芯结构的破坏形式。首先建立了夹芯结构的解析模型,基于复合材料层合板的基本假设,上下面板厚度和结构总高度作为自变量,蜂窝夹芯结构的抗弯刚度作为因变量,推导出抗弯刚度随着上下面板厚度和总高度的函数关系,得出随着上下面板不对称度增大,结构的抗弯刚度优化值不断增大;随着总高度的减小,结构的抗弯刚度优化值不断增大。最后,确定了优化值最佳的蜂窝夹芯结构的几何尺寸,并依据得到的几何尺寸进行蜂窝夹芯结构的有限元模拟和三点弯曲实验。在有限元仿真模拟过程中,采用ANSYS的APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化语言建立蜂窝夹芯结构的几何模型,为了简化运算,将蜂窝夹芯结构等效,分析了6种典型算例,得到位移云图,并将有限元结果与肋条增强解析解作对比,验证了在蜂窝夹芯结构厚度保持不变的前提下,抗弯刚度的优化程度随上下面板不对称度的增大而增大。最后,进行了蜂窝夹芯结构与肋条增强蜂窝夹芯结构的强度实验和三点弯曲实验。通过强度实验,传统蜂窝夹芯结构经历两次破坏,在载荷达到915N时,蜂窝芯子撕裂,载荷瞬间下降,当载荷达到669N时,蜂窝芯子与下面板脱粘,蜂窝夹芯结构失去承载能力;肋条增强的蜂窝夹芯结构在实验机的量程内一直处于线弹性阶段,载荷达到1799N时,实验结束。三点弯曲实验中,通过夹芯梁的正压实验与反压实验来测量夹芯结构的弯曲刚度。最终蜂窝夹芯梁正压实验测得抗弯刚度为1.58×10~7N·mm~2,反压实验测得抗弯刚度为1.45×10~7N·mm~2;通过肋条增强蜂窝夹芯梁正压实验测得弯曲刚度为2.28×10~7N·mm~2,反压实验测得抗弯刚度为2.21×10~7N·mm~2。从实验现象与计算结果中可以得出:肋条结构的引入,极大地提高了蜂窝夹芯结构的抗弯刚度与极限载荷。