基于蜂窝数值流形元的静弹性力学问题求解
基于优化的蜂窝板有限元模型修正
基于优化的蜂窝板有限元模型修正
基于优化的蜂窝板有限元模型修正
蜂窝板具有较高的比强度和比刚度,在航空航天领域得到广泛应用.用三明治等效方法计算蜂窝板等效材料参数,在MSC.Patran中建立有限元模型计算蜂窝板基频,通过分析设计变量和目标函数在NASTRAN 中对蜂窝板基频进行优化,利用优化结果确定等效剪切弹性模量计算公式中修正系数γ并重新计算修正后模型基频,以试验所测基频值为标准对蜂窝板有限元模型进行修正.修正后模型计算基频值与实测值之间的偏差明显减小,证实了模型修正的有效性.
作者：孔宪仁秦玉灵罗文波作者单位：孔宪仁,秦玉灵(哈尔滨工业大学,卫星技术研究所,哈尔滨,150001)
罗文波(中国空间技术研究院,北京,100094)
刊名：航天器环境工程ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 年，卷(期)：2010 27(2) 分类号：V414.1 O242.21 关键词：蜂窝板三明治等效方法模型修正设计变量目标函数。
蜂窝结构的等效模量计算与有限元仿真论文.
摘要摘要蜂窝夹层结构以其优秀的强度比，刚度比和较好的隔热隔震，耐冲击性能，被广泛应用于多个领域，如：航空航天，航海以及高速铁路等。
对蜂窝夹层的分析通常采用有限元分析进行，蜂窝夹层结构通常有蜂窝芯体与面板组成，分析时由于蜂窝芯体结构复杂，有限元模模型不易建立，于是为了减少计算量、提高分析效率就有了蜂窝芯体等效模型。
本文所做的工作是利用有限元软件以参数化建模方式建立蜂窝的实体模型和等效模型，在验证蜂窝等效模量的精度同时改变蜂窝的实体模型和等效模型的宏观尺寸，观察蜂窝芯体的宏观尺寸对蜂窝等效模量精度的影响，最后通过总结得到相应的结论。
关键词：蜂窝夹层结构有限元蜂窝等效模量2蜂窝结构的等效模量计算与有限元仿真ABSTRACTHoneycomb core sandwith structrue is wildly useded in many field, such as space, airplane designing and high-speed railway consduction. Generally,Honeycomb core sandwith structrue are engineered with Finite-Element method,but as we known Honeycomb core sandwith structrue is complex whitch is consited of honeycomb core and two panels,therefore,it's difficult to mldel the honeycomb core structrue with Finite-Element method.In order to reduce the work in caculating and improve the efficenc during engineering,equivalent model theory came out.What have done in this paper are modeling the Honeyconb core sandwith structrue and the equivalent model with APDL(Ansys Programing Design Language),then analysis the changing macroscopic dimensions of Honeyconb core sandwith structrue how to impact the equivalent precision of equivalent models.Keywords: Honeycomb core sandwith structure Finite-Element method Equivalent model目录 1目录第一章绪论 (3)1.1蜂窝夹层材料的简介 (3)1.2蜂窝夹层结构的研究现状 (4)1.3本文的所做的工作 (6)本章小结 (6)第二章蜂窝等效模量的推导与分析 (7)2.1概述 (7)2.2共性面性能能分析 (8)2.3富明慧修正式 (12)2.4综合考虑蜂窝壁板弯曲、伸缩、剪切的修正式 (15)2.5异性面等效模量分析 (19)2.6对于蜂窝夹芯板的等效处理方法 (23)本章小结 (24)第三章建模与分析 (26)3.1有限元与A NSYS简介 (26)3.2通用有限元程序A NSYS (27)3.3有限元建模 (28)本章小结 (31)第四章误差分析 (32)4.1约束条件 (32)4.2等效误差 (34)本章结论 (42)第五章全文总结 (45)2蜂窝结构的等效模量计算与有限元仿真第六章结束语 (47)参考文献 (49)第一章 绪论 3第一章 绪论1.1蜂窝夹层材料的简介铝蜂窝夹层板由两层薄而强的面板材料中间夹一层厚而轻的铝蜂窝芯组成。
蜂窝结构材料的力学性能研究
蜂窝结构材料的力学性能研究近年来，蜂窝结构材料被广泛应用于各个领域，如航空航天、汽车、建筑等。
其独特的结构和优异的力学性能使其成为工程领域的研究热点之一。
本文将探讨蜂窝结构材料的力学性能，并深入分析其力学特性。
蜂窝结构材料是由一系列具有规则排列的蜂窝状单元组成的。
这些单元通常由薄壁结构组成，形成了一个类似于蜂巢的结构。
这种结构在力学性能方面具有独特的优势。
首先，蜂窝结构的高度孔隙率和低密度使其具有出色的抗压性能。
蜂窝结构中的许多小单元能够在承受压力时相互支撑，从而增强了整体结构的抗压能力。
其次，蜂窝结构材料具有优异的吸能能力。
蜂巢状单元的规则排列使其能够在受力时发生塑性变形，从而吸收冲击能量。
此外，蜂窝结构材料还具有较高的强度和刚度，这使其在结构设计中具有广泛的应用潜力。
蜂窝结构材料的力学性能研究主要包括静态力学性能和动态力学性能两个方面。
静态力学性能主要研究蜂窝结构材料在静态加载条件下的力学行为。
通过制备不同尺寸和结构的试样，并进行拉伸、压缩、剪切等力学实验，可以获得蜂窝结构材料的弹性模量、屈服强度、破坏应变等参数。
动态力学性能则关注蜂窝结构材料在动态加载条件下的响应行为，主要包括冲击、振动等。
通过冲击试验和振动实验，可以研究蜂窝结构材料的吸能能力、动态响应特性等。
在蜂窝结构材料的力学性能研究中，还常常应用数值模拟方法进行分析。
数值模拟方法可以通过建立合适的力学模型，对蜂窝结构材料的力学行为进行预测和优化。
常用的数值模拟方法包括有限元方法、边界元方法等。
通过数值模拟方法，可以得到蜂窝结构材料在各种加载条件下的应力、变形、破坏等信息，为实际工程应用提供参考。
除了传统的蜂窝结构材料，近年来还涌现出一些新型蜂窝结构材料，如金属/陶瓷复合蜂窝结构材料。
这些新型材料具有更加复杂的结构和更高的性能要求。
因此，对于这些新型材料的力学性能研究具有重要意义。
研究人员通常从材料的结构与性能的关系出发，探索这些新型蜂窝结构材料的优化设计和应用途径。
蜂窝密封动力特性参数的CFD数值分析方法
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收 稿 日期 ： ０ ９—０ ２ ２０ ３— ７
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基 金 项 目 ：国家 “ ６ ” 划 （ ０ ７ Ａ ４ Ａ ２ ； 家 自然 科 学 ８３ 计 ２０Ａ ０Ｚ ２ ） 国
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第 一 作 者 ： ，９４年 生 ， 士 生 男 １８ 硕
２１ ０ ０年
图 中 Ｏ为密封 静子 的 中心 ， Ｏ 为转 子转 动 的 中 心 ， 为 径 向力 ， 为 切 向力 ， 偏心 量 ， 为转 Ｆ ｅ为 甜 子转 动速度 ， 为 涡 动速 度 。当偏 移 量 ｅ非 常微 小 力 时 ， 转子受 到密封 的激 振力可用 刚度 系数 、 其 阻尼系
１ 转 子 一密封 系统 的动 力 学模 型
当转 子 在密 封 中转 动 ， 子 旋 转 中心 相 对 于密 转
封 静 子 的 几 何 中 心 有 一 个 微 小 的 偏 心 时 ， 子 将 围 转
绕 密封 静子 的几 何 中心做 微小 的涡 动 ， 图 １所示 。 如
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学 手段 ， 简化 了 原 有计 算 。在 利 用 数值 计 算方 法 研 究蜂 窝 密 封 静 态 特 性 方 面 ， ｈ ｃ ｕ Ｃ ｏｈ ａ等 、 金 波 李 等 对蜂 窝密 封 的泄 漏 量 进 行 了计 算 分 析 ， 有关 蜂 窝 密封 动力 特性 数值计 算 的文 献 并不 多见 。
封能 降低 密封 腔 中流 体 的周 向速 度 ， 而 有 更 好 的 从
动力 特性 … 。
对 于蜂 窝 密 封动 力 特 性 的研 究 ， 目前 主 要 有 实
铝蜂窝芯弹性参数的有限元仿真计算
铝蜂窝芯弹性参数的有限元仿真计算
（中车青岛四方机车车辆股份有限公司， 山东 青岛 266111）
摘 要： 根据 动车 组铝蜂窝地板 芯 子的结构 周期 性， 建 立 了求 解 其 弹 性参 数 的 胞 元模型， 在 有限 元 CAE 软 件 ABAQUS 该模型的计算精度较好。 环境下得到了三方向弹性模量的数值结果。通过与试验及解析结果的对比表明， 关键词： 蜂窝芯； 弹性模量； ABAQUS 中图分类号： U271.91 文献标识码： A 文章编号： 1672-545X （2017） 09-0018-03
2 胞元法数值模型的建立
根据 铝蜂窝芯的 周 期型 结 构 ， 本 文 使 用 特 征 胞 元代表整体结构进行有限元分析。 度L =8 （lcosθ + t） ， 高度 H = 4 （lsinθ + h） .在 ABAQUS 并注意孔壁厚度的 中使用 S4R 壳单元进行网格划分， 不同。
S1 L L1 S7 L2 L3 L 4 S8 L 5
δ11 = δ1sinθ + δssinθ + δacosθ
收稿日期： 2017-06-07 作者简介： 孙林峰 （1987-） ， 男， 河北廊坊人， 工程师， 硕士， 研究方向： 动车组内饰结构强度。
{
18
《装备制造技术》 2017 年第 09 期 设 基体 铝 材 的弹性模 量 为 Es， 泊 松 比 为 v s， 则可 知 x1 方向上的弹性模量 E1 为：
即为 b ， 如图 4 所示， 胞元深度与原结构一致， 长
x1 W C M2 M2 θ D W D E W
x1
一种加强型蜂窝共面准静态力学行为
多孔材料如金属蜂窝等具有质量轻、压缩变形可控且吸能效果显著等特点,是一种典型的各向异性结构,被广泛应用于航空航天、轨道交通及建筑工程等领域中,是一种理想的吸能缓冲填充材料。
但因蜂窝自身结构在空间内并不完全对称,金属蜂窝在共面和异面方向的承载性能有着较大的差异。
蜂窝的异面压缩吸能能力远远优于共面压缩,目前国内外关于蜂窝异面承载特性的研究已日趋完善,研究成果也很多,异面压缩的蜂窝往往应用在外界载荷沿轴线方向施加的工况中,比如:列车防爬器,月球腿式着陆器等。
但是当外界施加载荷的方向偏离轴线(异面)方向时,异面蜂窝的吸能能力将会大幅下降,变形规律也变得更复杂。
而在高速公路等实际工况中,汽车的碰撞方向通常并不是完全沿着内部吸能结构的轴线方向,而是会从任意角度偏斜撞击过来,偏斜载荷的存在,往往使得在碰撞事故发生时,异面蜂窝类吸能装置并不能达到预期的效果。
而蜂窝在共面压缩时,无论从哪个角度碰撞,都可以起到一定的吸能缓冲作用,这种共面方向“各向同性”的吸能特性虽然可以很好地满足这种工况,但是由于其比吸能较低,并未取得广泛的应用。
目前国内外关于共面压缩蜂窝的吸能特性研究主要是集中在理论和仿真研究阶段,对其应用场景的探究也很少。
本文提出了一种新的多孔结构———加强型共面蜂窝,能够大大提升蜂窝沿共面方向压缩的吸能能力,并对该蜂窝的吸能特性进行重点研究。
1加强型共面蜂窝准静态压缩仿真金属蜂窝结构由于其特有的属性,当施加载荷的方向不同时蜂窝的力学性能会大不相同。
当金属蜂窝材料受到如图1所示z轴方向压缩载荷作用时,称之为异面压缩,施加的载荷处于xy平面内时称之为共面压缩。
研究表明,金属蜂窝的异面压缩吸能能力远远优于共面压缩,因此在压缩载荷方向与轴线方向一致的场景通常应用沿异面压缩的金属蜂窝。
但是当施加载荷的方向偏离轴线方向时,蜂窝吸能能力将会迅速下降,而在车辆与可导向防撞垫碰撞等工况中,车辆碰撞方向通常并不是完全沿着内部吸能结构的轴线方向,而是会存在一定的偏碰、侧碰,偏斜载荷的存在,往往使得在碰撞事故发生时异面压缩的金属蜂窝并不能达到预期的效果。
《内凹负泊松比蜂窝的静动态力学性能研究》范文
《内凹负泊松比蜂窝的静动态力学性能研究》篇一一、引言内凹负泊松比蜂窝（Indented Negative Poisson's Ratio Honeycomb）是一种具有独特结构和力学性能的复合材料结构。
这种结构的出现，使得在机械工程、材料科学以及工程物理学等多个领域内对蜂窝结构的研究又迈向了新的阶段。
其核心特征是具备负泊松比效应，这意味着当结构在受压或受拉时，其横向尺寸会呈现出与常规材料相反的变形趋势。
本文旨在深入探讨内凹负泊松比蜂窝的静动态力学性能，分析其变形特性、承载能力及抗冲击性等。
二、内凹负泊松比蜂窝结构特性内凹负泊松比蜂窝由内凹的六边形单元组成，每个单元都具有特殊的空间排列方式。
其结构中存在的微小空间间隙，使其在受到外力作用时，能够产生显著的变形而不易断裂。
此外，其独特的负泊松比效应使得该结构在受到外力时具有更好的能量吸收能力。
三、静力学性能研究1. 实验方法：采用多种实验手段，如静态压缩实验、拉伸实验等，对内凹负泊松比蜂窝的静力学性能进行深入研究。
2. 实验结果：在静态压缩实验中，内凹负泊松比蜂窝表现出了显著的塑性变形和优异的能量吸收能力。
随着应力的增加，该结构的内部空间发生有效变形，使得其能够承受更大的外力而不发生断裂。
3. 性能分析：通过对实验数据的分析，发现该结构在静力学性能方面具有较高的承载能力和优异的能量吸收能力，这主要得益于其独特的内凹结构和负泊松比效应。
四、动力学性能研究1. 实验方法：通过冲击实验、振动实验等手段，对内凹负泊松比蜂窝的动力学性能进行研究。
2. 实验结果：在受到动态冲击或振动时，该结构能够快速吸收和传递能量，表现出了优异的抗冲击和减振性能。
3. 性能分析：通过分析数据发现，内凹负泊松比蜂窝在动力学性能方面表现出了较高的韧性和能量吸收能力。
其内部复杂的结构和空间排列方式有助于在动态环境下有效地吸收和分散能量。
五、结论本文对内凹负泊松比蜂窝的静动态力学性能进行了深入研究。
蜂窝结构挤压成形的数值模拟与实验
蜂窝结构挤压成形的数值模拟与实验
蜂窝结构是现代工业中广泛应用的重要结构形式之一。
蜂窝结构挤压成形的重要步骤
是形变均匀、节点形变平稳。
挤压工艺研究属于复杂的本构关系计算，定义良好的数值模
型及相应的数值算法是解决蜂窝结构挤压成形过程中微观和宏观形变特征以及失效机理的
关键。
针对以上要点，本文探究蜂窝结构挤压成形的数值模拟和实验研究，从节点变形角
度分析蜂窝结构挤压成形过程中的形变分布特征。
首先，建立数学模型，提取有限元单元，然后进行有限元数值模拟，模拟蜂窝结构挤压成形过程中的力学场；其次，经过设计制相
应的试验装置，对优化的的蜂窝结构模型进行挤压成形实验，同时用高速摄像机记录图像；最后，从实验和数值计算结果中提取力学量，结合卡尔曼滤波器学习算法，获得挤压过程
中形变控制规律，使得节点变形均匀地流动。
通过对对蜂窝结构挤压成形过程的模拟分析
和实验研究，有可能改善挤压原有的成形工艺，实现更加精准的工艺控制，为蜂窝结构挤
压成形过程的优化研究获取必要的科学数据支撑。
本文的目的在于建立蜂窝结构挤压成形的数学模型，并基于该模型对相关工艺和形变
分布进行分析研究。
有限元数值模拟技术采用ANSYS 软件实现；涉及的实验装备为蒸汽娥式抗拉挤压机，对试件进行单轴压缩定向挤压成形，图像分析获取挤压形变分布数据；结
合卡尔曼滤波器实现蜂窝结构形变控制规律的研究。
该项研究不仅可以优化出节点变形较为均匀的工艺条件，而且可以提供挤压成形过程
中形变规律以及失效机理的研究，相关知识可以应用到新材料、新工艺中去，这对于推进
新材料、新工艺挤压成形过程的研究有重要意义。
《内凹负泊松比蜂窝的静动态力学性能研究》范文
《内凹负泊松比蜂窝的静动态力学性能研究》篇一一、引言近年来，随着新材料科学的发展，负泊松比材料因其独特的力学性能和结构特性，受到了广泛的关注。
其中，内凹负泊松比蜂窝作为一种典型的负泊松比结构，其静动态力学性能的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文将重点探讨内凹负泊松比蜂窝的静动态力学性能，分析其结构特性及力学行为，以期为该类材料在实际工程中的应用提供理论依据。
二、内凹负泊松比蜂窝的结构特性内凹负泊松比蜂窝是一种具有特殊几何形状的蜂窝结构，其基本单元在受力时能产生负泊松比效应。
该结构具有高孔隙率、轻质、高比强度等优点，同时具有良好的能量吸收能力和抗冲击性能。
其独特的结构特性使得内凹负泊松比蜂窝在航空航天、汽车制造、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
三、静力学性能研究1. 实验方法为了研究内凹负泊松比蜂窝的静力学性能，我们采用了准静态压缩实验。
通过改变加载速率和加载方式，观察蜂窝结构的变形过程和破坏模式。
同时，利用扫描电子显微镜（SEM）对破坏后的样品进行微观结构分析，以揭示其破坏机理。
2. 实验结果与分析实验结果表明，内凹负泊松比蜂窝在准静态压缩过程中表现出良好的能量吸收能力和抗冲击性能。
其变形过程分为弹性阶段、屈服阶段和密实阶段。
在弹性阶段，蜂窝结构呈现出较高的刚度；进入屈服阶段后，结构发生内凹变形，产生负泊松比效应；当密实阶段来临时，结构表现出较高的能量吸收能力。
通过对破坏后的样品进行微观结构分析，我们发现蜂窝结构的破坏模式主要为局部剪切破坏和基体开裂。
四、动力学性能研究1. 实验方法为了研究内凹负泊松比蜂窝的动力学性能，我们采用了冲击实验。
通过改变冲击速度和冲击方式，观察蜂窝结构在动态载荷下的响应和破坏过程。
同时，利用高速摄像机记录整个过程，以便进行后续的数据分析。
2. 实验结果与分析实验结果表明，内凹负泊松比蜂窝在动态载荷下表现出较高的抗冲击性能。
在冲击过程中，蜂窝结构能够有效地吸收冲击能量，并产生内凹变形，从而减缓冲击力的传递。
基于流形切空间插值的折叠翼参数化气动弹性建模
关 键 词 颤振，折叠翼，参数化建模,气动弹性力学
中 图 分 类 号 ：V 2 1 5 . 3
女 献 标 识 码 ：A
doi: 1 0 . 6 0 5 2 / 0 4 5 9 - 1 8 7 9 - 2 0 - 3 7 6
PARAMETRIC AEROELASTIC MODELING OF FOLDING WING BASED ON MANIFOLD TANGENT SPACE INTERPOLATION1}
近 年 来 ，世 界 航 空 界 正 着 力 发 展 具 有 飞 行 环 境 (如高 度 、速 度 、气候等）自适应、可执行多种任务 (如巡航、盘 旋 、机动等）的变体飞行器.这类飞行器 可 根 据 飞 行 任 务 需 要 自 主 改 变 结 构 和 气 动 布 局 ，在 复杂的飞行环境条件下保持良好的飞行性能11_51.在 众 多 变 体 飞 行 器 设 计 方 案 中 ，折 叠 翼 变 体 飞 行 器 因 满足多任务作战需求和提高单任务执行效率的优势， 受 到 了 广 泛 的 关 注 .然 而 ，在机翼受控变体过程中， 不仅非定常气动力会随着机翼形状改变而发生变化， 机 翼 的 惯 性 、弹 性 和 阻 尼 特 性 也 同 时 发 生 变 化 ，极易 诱 发 不 同 结 构 模 态 参 与 的 参 变 颤 振 现 象 ，给 变 体 飞 行器的飞行安全带来挑战.针对不同折叠构型下变 体机翼的气动-结构耦合动力学系统的参变特性，如 何 建 立 以 折 叠 角 为 参 数 的 参 数 化 气 动 弹 性 模 型 ，在 全 参 数 空 间 内 实 现 气 动 弹 性 力 学 行 为 的 高 效 、高精 度 预 测 ，是 变 体 飞 行 器 研 制 过 程 中 亟 待 解 决 的 动 力 学问题.
基于APDL蜂窝板有限元分析
基于APDL蜂窝板有限元分析摘要研究了蜂窝板参数化建模有限元分析，分析内容包括蜂窝板长宽高，蜂窝芯胞壁厚、单元胞边长对蜂窝板力学性能的影响（包括抗压刚度、抗压强度、抗弯刚度、抗弯强度）。
合适的尺寸可以极大程度的提高材料利用率，在保证力学性能的基础上减轻材料，降低成本。
关键词蜂窝板；APDL ；有限元；抗压刚度；抗压强度蜂窝板由一块厚而轻的蜂窝芯和两块蒙皮板复合而成。
蜂窝芯多有正六边形、正方形、棱形、矩形等。
由于蜂窝板材料具有抗高压、减震、隔音、保温、阻燃等一系列优点，早在六十年代就开始运用于建筑、车辆、船舶、航空航天中。
其中蜂窝板的蜂窝芯的材料有多种，有合金、金属复合材料、玻璃钢板等，并且其蜂窝夹心的边长也有变化，这给蜂窝板的有限元分析带来了极大地不便。
本文基于ANSYS参数化建模，给出蜂窝板的参数化分析方法。
实验采用APDL语言进行蜂窝板参数化建模，探讨其受到各种载荷时其损伤变形效果。
同时提供了便捷的方法来研究载荷条件不变的情况下，蜂窝板的各参数对其压缩性能与弯曲性能的影响。
1 ANSYS参数化建模1.1 APDL建模步骤1）输入参数：蜂窝板长宽；上下两块蒙皮板厚度、密度、弹性模量、泊松比；蜂窝夹心边长、壁厚、芯高、密度、弹性模量、泊松比；2）计算想X方向，Y方向的正六边形个数，绘制单个cell；3）往X、Y方向复制，复制个数由蜂窝板长和宽控制；4）盖上两块蒙皮板，进行OVERLAP；5）加载、约束、求解。
1.2 代码及ANSYS模型代码：/PREP7*SET，mat_longth，0.025*SET，mat_width，0.026*SET，skin_thickness，0.0003*SET，cfrpthickness，0.0001*SET，cell_size，0.005*SET，du_long，nint（mat_longth/（1.732050808*cell_size）+1）*SET，du_wide，nint（mat_width/（3*cell_size）+1）*SET，panel_thickness，0.01！MaterialProperties*SET，cfrpyoung，1.86e11*SET，cfrppoiss，0.3*SET，cfrpdens，1500*SET，hcyoung，cfrpyoung*SET，hcpoiss，cfrppoiss*SET，hcdens，cfrpdensET，1，SHELL93 ！8 node triangle for clampR，1，skin_thicknessr，2，cfrpthickness！materialdefinition！Mat1（skin）mp，ex，1，cfrpyoungmp，dens，1，cfrpdensmp，prxy，1，cfrppoiss！Mat2（HC）mp，ex，2，hcyoungmp，dens，2，hcpdensmp，prxy，2，hcpoissk，1，0*cell_size，1*cell_size，0k，2，0.866025404*cell_size，0.5*cell_size，0k，3，0.866025404*cell_size，-0.5*cell_size，0k，4，0*cell_size，-1*cell_size，0k，5，-0.866025404*cell_size，-0.5*cell_size，0k，6，-0.866025404*cell_size，0.5*cell_size，0k，10000，0，0，0k，10001，0，0，panel_thicknessL，1，2L，2，3L，3，4L，4，5L，5，6L，6，1L，10000，10001ADRAG，1，2，3，4，5，6，7AGEN，2，ALL，，，-0.866025404*cell_size，1.5*cell_size，0，100，0，0 AOVLAP，allAGEN，DU_LONG，ALL，，，1.732050808*cell_size，0，0，200，0，0AOVLAP，allAGEN，DU_WIDE，ALL，，，0，3*cell_size，0，100000，0，0 AOVLAP，allk，2000000，-2*cell_size，-1*cell_size，panel_thicknessk，2000001，-2*cell_size，MAT_WIDTH，panel_thicknessk，2000002，MAT_LONGTH，-1*cell_size，panel_thickness。
NPR蜂窝结构的弹性分析
负泊松比蜂窝结构的弹性分析摘要：本文提出一种新颖的负泊松比(NPR)蜂窝结构。
相比过去研究的其他的NPR蜂窝结构，这新结构可以非常容易地使用传统技术和材料进行大规模低成本的制造加工。
先对蜂窝结构的几何结构进行描述，然后进行基于标准梁理论的弹性分析，建立其结构的杨氏模量和其相关几何参数和材料属性的关系。
讨论了无量纲的几何参数对其结构杨氏模量的影响。
为了验证理论分析结果，对蜂窝结构样品件进行压缩试验，且试件采用相同的铝合金材料和不同的几何参数。
从理论计算和试验结果可以得到NPF蜂巢结构具有很明显的NPR亍为效应。
而且几何参数对其弹性模量有很大的影响，可以通过设计和控制蜂巢结构的几何参数来对其进行优化而实现一些特殊的应用。
1. 引言蜂窝状细胞结构因其优越的力学性能和质量轻的优点而广泛应用于工程领域。
近年来负泊松比蜂窝结构因其负泊松比带来的一系列吸引人的的特性，如较高的剪切模量、抗凹能力和断裂韧性。
作为一类特殊的NPF材料，NPF蜂窝结构在工程应用中具有广阔的前景，如在传感和驱动装置、冲击保护装置、航空结构等。
蜂窝结构的NPR亍为效应取决于其特殊的结构形式。
到目前为止，各式各样的的几何形式用来构造NPR蜂窝结构。
在许多重要的NPF类型的结构,如内凹结构、手性结构、旋转单元结构。
基于这些结构，各式各样的NPF蜂巢结构和材料可以由高分子材料、金属材料、陶瓷材料和其他的材料构成。
然而高成本和低生产率仍然是NPR蜂巢结构和材料生产的主要障碍。
尤其，大多数的细胞增大的蜂窝结构因其复杂的几何图形很难由金属材料采用传统的加工方法制造。
尽管各种方法被采用并通过非传统的加工方法来加工制造NPR 结构和材料，如选择性梁电溶解法、软微影技术、选择性激光熔结和真空铸造法，拥有大规模和低成本生产有效的方法仍然有限。
本文展示了由管和波纹板以一种简单的方式组成的NPF蜂窝结构，通过采用粘合或焊接的方法，简单的将金属管和波形板连接固定在一起而构成NPR吉构。
蜂窝芯体材料面外等效弹性模量预测与分析
( 12)
Sb =
S13 ( lc + l i s inH) t
( 13)
将上式代入 ( 11), 得:
G
* 13
\
tcosHG s ( lc + li sinH)
( 14)
当表征单元体承受均匀剪应力 S23时, 由力平衡条件
知:
S23 ( lc + l i sinH) li cosH= Sa lc t + Sb li t sinH ( 15) 考虑结点处 3方向的力平衡条件 (图 4) , 知:
图 3 简化的表征单元 F ig. 3 S im plified representative un it
基于简化的表征单元, 参照文献 [ 4] 中基于均匀
化假设的方法, 可以推导出蜂窝芯体的面外等效弹性
模量表达式。容易知道, 蜂窝芯体的等效密度为:
Q*
=
(
lc
( +
lc + li ) t li sinH) l i co
Ca = 0,
Cb = C13 cosH
( 3)
表征单元体的体积为:
V* = ( lc + li sinH) l i co sHh
( 4)
其中, h 为蜂窝芯体的高度。承受横向剪切时, 表征
单元中几乎所有的应变能都是由胞壁的剪切变形产
生的, 胞壁的弯曲变形很小, 忽略其对应的应变能。
各胞壁的应变能分别为:
随
H和 lc / li 的减小而增大, lc /li = 0, H= 0时, G*1 3 /Q*
最大, 结构退化为实体。 lc /li = 1时, G*13 /Q* 随 H的
增大而减小, 其趋势如图 5。
蜂窝夹芯结构有效性能数值预报ABAQUS实现
（2）
（ 3）
式中
u — — 位移矢 量； e —— 应 变 张量； —— 应力张量； Cijhk — — 组 分材 料的 刚度系 数； —— 线 弹
性体所 占空间区域； f i —— 线弹性体 所受体力分 量； —— 应力边 界，其上所受的面力分量是 Ti ； u —— 位 移边界 ，其上的位移分量是 ui 。 均匀化理论最重要的思 想就是将位 移 u 表示成关于小参数 的渐近展开形式：
UEXPAN() 和 Python 脚 本 文 件 在 ABAQUS 平 台 上 实 现 了 模 型 的 数 值 求 解 。 将 均 匀 化 理 论 的 预 报 结 果 与 经 验 公 式 的 预 报 结 果 相 比 较 ， 证 明 了 均 匀 化 理 论 在 预 报 材 料 有 效 性 能 方 面 的 有 效 性 以 及 在 ABAQUS 平 台 上 实 现 均 匀 化 理 论 数 值 计 算 的 可 行 性 。 关 键 词 ： 蜂 窝 夹 芯 结 构 ； 均 匀 化 理 论 ； 数 值 预 偏 微分控制方 程可以表示 为有限元方法能够直接求解的虚功方程形 式， 也就是说均匀化 控制方 程可以用有限元方法进行数值求解。然而，均匀 化理论是通 过引进不同尺度和建 立尺度之间 的关系从数学 角度进 行推导的，其控制方程中的未知函数和右端项都没 有一般通用 有限元软件中所必须的实际的物理意义。解 决这个 问题的途径有两个： （1）按 照均匀化控制方程独立编写全程有限元求解程序，从 而进行数值求解； （2）对 均匀化 控制方程进行进一步修正或理解，使其未知函数和 右端项具有 一般通用有限元软件中的实际物理意义，从 而在通用有限元软件中对问题进行求解。相比途径 （1） ，途径（2）可以省 去大量的编 程工作，而 且通用有限元 软件中 强大的前后处理功能也能得以应用。本文将均匀化 控制方程看 作是求解热响应的有限元虚功方程，将控制 方程中 的未知函数看作是位移函数，通过编写用户子程序 UEXPAN()和 python 脚本文件在 ABAQUS 平台上实 现了 均匀化 理论的数值求解，用以预报蜂窝夹芯结构的有效模量。将计算结构与 经验公式的预报结果相比较，证明了 均匀化 理论在预报材料有效性能方面的有效性以及在 ABAQUS 平台上实 现均匀化理 论数值计算的可行性。 2 均匀化 理论的基本方 程 具 有 小 周 期 性 单 胞 构 造 的 复 合 材 料 结 构 可 以 看 作 是 单 胞 — 代 表 性 体 积 单 元 RVE （ representative volume
新型内凹蜂窝结构的力学分析
Science &Technology Vision科技视界新型内凹蜂窝结构的力学分析刘凯宇晏瀛季佳佳(上海飞机设计研究院,中国上海201210)【摘要】如何设计一种既能保证连续光滑变形,同时又兼顾刚度、强度的柔性蒙皮是变形机翼的关键技术之一,本文基于传统负泊松比蜂窝结构提出一种新型柔性蒙皮蜂窝结构。
主要研究了改进后蜂窝的共面变形能力、异面承载能力等力学性能并进行力学验证实验。
【关键词】变形机翼;负泊松比;柔性蒙皮;共面变形0绪论变形机翼像鸟儿的翅膀一样可以自由的伸展,以适应各种飞行环境,满足不同的飞行状态。
如何设计一种既能保证连续光滑变形,又具有足够刚度、强度的轻质柔性蒙皮是变形机翼的关键技术之一[1]。
美国新一代公司研制的“滑动机翼”飞行器采用了橡胶类装有支撑肋的柔性蒙皮[2],但其承受气动载荷能力不理想;Jonh H.Long Jr 基于鱼类鳞片的构造和运动机制研发出一种鳞片状的可变形蒙皮[3],但是该类蒙皮的整体气密性,连续性却不尽人意。
研究人员长期研究发现,蜂窝夹芯结构具有较高的比强度和比刚度,现广泛应用于航空航天相关领域[4]。
本文对传统负泊松比蜂窝结构进行优化,设计一种新型负泊松比结构,分析该蜂窝结构的共面变形能力、异面承载能力等力学性能并加工试验件进行力学验证实验。
1柔顺蜂窝的结构设计图1a 所示为传统负泊松比蜂窝结构单元[5],可以看出该结构水平胞壁与基础胞壁之间的尖角易出现应力集中现象,增加结构破坏的风险;基于Gibson 和Ashby 蜂窝结构力学等效方法[6],建立了结构优化后理论数学模型,从图1b 中可以看出尖角被替代,该结构单元新增了基础胞壁长度a 和基础胞壁倾斜角φ两个几何参数。
(a )负泊松比蜂窝单元(b )改进后蜂窝单元图1蜂窝单元相对密度作为影响蜂窝材料力学性能的重要因素,它直接决定了蜂窝芯等效杨氏模量。
根据该结构几何特征,可将相对密度可简化成:(1)其中ρ表示结构的等效密度;ρc 代表材料密度;t 为胞壁的厚度;a 表示基础胞壁长度;b 为蜂窝芯的高度;l 为倾斜胞壁的长度;h 表示水平胞壁的长度;θ代表倾斜胞壁与竖直方向之间的夹角;φ为基础胞壁与竖直方向间的夹角;A w 表示芯体材料实际承载面积,A c 为等效横截面积。
蜂窝材料的弹性波传播特性
蜂窝材料的弹性波传播特性
甄妮;闫志忠;汪越胜
【期刊名称】《力学学报》
【年(卷),期】2008(040)006
【摘要】通过研究蜂窝材料的弹性波频散关系,分析了其弹性波传播特性.采用基于小波理论的分析方法,将材料参数和位移均展开为双正交周期小波基函数的形式,利
用Bloch定理将波动方程转化为特征值方程,求解该方程得到3种典型结构--正方、三角与六角排列的铝(Al)和聚丙烯(PP)蜂窝材料的频散关系,并进行了比较分析.结
果显示:结构形式的不同显著地影响其波动特性,而制作材料的不同则没有影响;3种结构形式都不存在完全带隙,但正方和三角形结构在一定的传播方向范围内存在方
向带隙,而六角形结构则在任何方向都不存在方向带隙;与正方结构相比,三角结构在相同孔隙率下,在更广的传播方向内和更低的频率下,能产生较宽的方向带隙.
【总页数】7页(P769-775)
【作者】甄妮;闫志忠;汪越胜
【作者单位】北京交通大学工程力学研究所,北京,100044;北京交通大学工程力学
研究所,北京,100044;北京交通大学工程力学研究所,北京,100044
【正文语种】中文
【中图分类】O347.4
【相关文献】
1.珍珠层复合堆叠材料中弹性波传播特性研究 [J], 黄佳;尹进;张盛;陈飙松;张洪武
2.蜂窝式无线接入信道中的电波传播特性 [J], 程春悦
3.基于稀疏重构的蜂窝夹层复合材料板中Lamb波传播特性估计方法 [J], 高飞;姬鼎丞;韩潇;王军伟;綦磊;林京
4.狭缝空腔间粘弹性体中弹性波传播特性的研究 [J], 李海声;彭东立
5.弹性波在星形节点周期结构蜂窝材料中的传播特性研究 [J], 贠昊;邓子辰;朱志韦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
六边形蜂窝芯异面类静态压缩力学行为的仿真分析
六边形蜂窝芯异面类静态压缩力学行为的仿真分析
孙德强;孙玉瑾;郑波波;王庆庆;李文娥;王晨阳;孙建建;张超
【期刊名称】《包装工程》
【年(卷),期】2014(35)1
【摘要】目的研究六边形蜂窝芯材异面类静态压缩载荷的数值模拟方法及相关力学行为。
方法基于蜂窝单元阵列的方法,构筑了单双壁厚六边形蜂窝芯材异面类静态压缩有限元数值计算模型和分析方法。
结果借助于该模拟方法,分析计算了不同结构参数条件下单双壁厚六边形蜂窝芯材的异面变形模式、变形曲线和类静态峰应力值,并绘制了相应的图、压缩力位移曲线和数据表格。
结论将计算结果与现有的实验和理论计算结果作对比分析可知,计算结果与已有结果吻合较好,证明了所提出的有限元分析方法的可靠性。
【总页数】5页(P18-22)
【关键词】六边形蜂窝芯;异面类静态压缩;变形模式;峰应力
【作者】孙德强;孙玉瑾;郑波波;王庆庆;李文娥;王晨阳;孙建建;张超
【作者单位】陕西科技大学;西安理工大学高科学院;西安理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TB484
【相关文献】
1.异面压缩下六边形铝蜂窝平均塑性坍塌应力研究 [J], 荣吉利;朱宇博;宋乾强;张涛;吴志培
2.凹六边形蜂窝芯材共面准静态力学行为 [J], 孙德强;张小强;王复会;高芬;赵建伟;刘淼
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基于静态凝聚法的蜂窝芯轴向变胞元非均匀排布优化
基于静态凝聚法的蜂窝芯轴向变胞元非均匀排布优化
张旭;王子沱;李伟
【期刊名称】《应用力学学报》
【年(卷),期】2024(41)3
【摘要】为了有效改善蜂窝结构的强度与刚度,提出利用静态凝聚法实现变胞元的几何参数和非均匀排布同时优化的方法。
根据卡氏定理,推导胞元的等效弹性模量和泊松比;沿轴向均匀划分蜂窝芯为若干列子结构,利用有限元法得到子结构的刚度矩阵;采用静态凝聚法建立超单元刚度矩阵,依据超单元节点编号装配获得蜂窝芯的整体刚度矩阵;计算蜂窝芯在剪切载荷作用下的结构变形,并与ANSYS结果比较分析。
以子结构的个数以及胞元的夹角、夹板宽与斜壁长之比为设计变量,胞元的等效弹性模量最大和蜂窝芯的变形最小为设计目标,利用改进的粒子群算法进行优化并研究蜂窝芯优化前后的静、动态特性变化规律。
结果表明:变胞元非均匀排布优化后,最大的位移、应力、应变均明显减小,且激励频率等于第二阶固有频率时振动最为强烈。
研究结论可为蜂窝结构变胞元排布的优化设计提供指导。
【总页数】10页(P557-566)
【作者】张旭;王子沱;李伟
【作者单位】天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室;天津城建大学能源与安全工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.常见蜂窝胞元轴向承载能力研究
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基于流固耦合的静态库仑应力变化的数值计算及其在地震触发研究中的应用
基于流固耦合的静态库仑应力变化的数值计算及其在地震触发研究中的应用缪淼【期刊名称】《国际地震动态》【年(卷),期】2018(0)1【摘要】地震"应力触发"是近年来地震科学研究中的热点之一,由地震引起应力转移从而对后续事件产生触发作用的应力触发模型已被大量震例的研究成果所支持。
应力触发理论中的最关键问题是如何计算库仑应力变化,但传统方法的计算一般都是基于Okada的解析解,其中不考虑流体对固体骨架力学行为的影响。
同时,模型中通常仅仅计算同震位错效应所产生的库仑应力变化,而不考虑震后余滑、孔隙流体迁移等其他因素造成的影响。
但实际上,流体广泛存在于地下岩土介质中,对固体变形有着非常重要的影响。
当主震发生后,随着时间的推移,震后余滑、介质孔隙压变化等震后效应的作用逐渐突出,由此引起的静态库仑应力变化也逐渐发挥作用。
为此,本文基于孔隙弹性理论,考虑流-固之间的完全耦合作用,针对3种不同类型的断层错动模型(走滑型、逆冲型以及正断型),利用有限元数值模拟方法,分别计算同震静态库仑应力变化的空间分布,然后将其结果与传统算法进行比较,考察流-固耦合的效果。
在此之上,进一步计算震后余滑、孔隙流体迁移等引起的库仑应力变化的时空分布,定置分析这些因素对地震触发的影响。
研究中,主要获得的成果如下:(1)3种不同类型地震模型得到的介质孔隙压变化在空间的分布格局完全不同:走滑型地震产生的同震孔隙压变化图案在空间中呈正负相间的四象限分布,近场的静态库仑应力明显下降,流-固耦合作用对静态库仑应力变化的影响较大;逆冲和正断层地震产生的介质孔隙压变化在空间的分布图案类似,但正负区域正好相反;孔隙压在逆冲地震的震源附近上升,而在正断层地震的震源附近下降。
同传统方法计算的库仑应力相比,逆冲地震产生的介质孔隙压变化使得震源附近的应力影区面积减小,这将会触发更多的余震;而正断层地震产生的孔隙压变化则正好相反,增大了震源附近的应力影区范围,这样可能会减小该区域余震发生的机会。
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基 于 蜂 窝 数 值 流 形 元 的 静 弹 性 力 学 问题 求 解
张 慧华 严 家祥
（ ． 昌航空大学 ， 西 １南 江 南昌 ３ ０ ６ ；． ３０ ３ ２ 国核 电力规 划设 计研 究院 ， 北京 １０ ９ ） ０ ０４
［ 键词 ］ 关 数值流形方法 ； 蜂窝单元 ； 弹性力学问题 静 ［ 摘 要］ 数值 流形方法 是一种求 解 固体力学 问题 的新颖 高效 数值方法 ， ｎ边形单元 （ ４ 则具 有网格划分 灵活 、 而 ｎ＞ ） 能高效
ｍｅ ｈ ｎ ｎ ｉｈ ｒｅ ｃｅ ｃ ｔｒａｓｍｏ ｅｉ ｇ ｏ ａ ｅ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｙ ｕ ｅ ｒａ ｇ ｌｒａ ｄ ｑ ａ ｒ ａｅ ａ ｌｍｅ ｔ．Ｔ ａ ｅ ｓ ｉ ｇ ａ ｄ ｈ ｇ ｅ ｆ ｉｎ ｙ ｉ ｍａｅ ｌ ｄ ｌ ，ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗ ｈ ｔ ｅ ｆ ｑ ｅ ｔ ｓ ｄ ｔ ｎ ｕ ａ ｎ ｕ ｄ ｌ ｔｒ ｌ ｅ ｎ ｓ ｏｔ ｋ ｉ ｎ ｉ ｎ ｉ ｒ ｌ ｉ ｉ ｅ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｏ ｈ ｐ ｃ ａ ｆａ ｕ ｅ ｔ ａ ｈ ｔ ｅ ｔ ａ ｏ ｅ ｙ ｔｍ ｓｉ ｄ ｐ ｎ ｅ ｔｏ ｅ ｐ ｙ ｉａ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ＮＭＭ ，ｉ ｈ ｒ ｓ ｎ ｄ ａ ｔｇ ｆ ｅ ｓ ｅ ｉ ｅ ｔ ｒ ｔ ｅ ｍａｈ ｍａ ｉ ｌ ｃ ｙ ｒｓ ｓｅ ｉ ｎ ｅ ｅ ｄ ｎ ｆ ｈ ｈ ｓ ｌ ｄ ｍａｎ ｉ ｔ ｌ ｈ ｔ ｃ ｔ ｃ ｈ ｎｔｅｐｅｅ ｔ
进行材料分 析等优点 。本文利用数值流形方法 中数学覆盖 系统独立于物理域的优势 ， 基于正六边 形数学单元 （ 蜂窝单元 ） 求
解二维静 弹性力 学问题。对典型问题的分析 结果表 明 ： 同等情 况下 ， 在 采用正 六边形 单元 的求解精度 与正 四边形 单元 的相
当， 但明显高于正三角形单元上 的精 度。 ［ 中图分 类号 ］０ ４ ３３ ［ 文献标志码 ］Ａ ［ 文章编 号］ １０ 一 ９６ ２ １ ）４— ０ １— ８ ０ ｌ ４ ２ （０ １ ０ ０ ０ ０
Ｉ ｅ ｔｇ ｔｏ ｆＥｌ ｓｏ ｔ ｔｃ Ｐｒ ｂ ｅ ｓｂ ｈ ｎｖ ｓｉ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｔ ｓａ ｉ ｏ ｌｍ ｙ ｔ ｅ Ｎｕｍ ｅ ｉａ ａ ｉｏｄ ｒｃ ｌＭ ｎ ｆ ｌ
Ｍ ｅ ｈｏ ｎ Ｈｏ ｙ ｏ ｂ Ｅｌ ｍ ｅ ｔ ｔ ｄ ｏ ｎｅ ｃ ｍ ｅ ｎ ｓ
２１ ０ １年 １ ２月 第２ ５卷 第 ４期
南昌航空大学学报（ 自然科学版 ）
Ｊ ＵＲＮ ＮＣ Ｏ ＡＬＯＦＮＡ ＨＡＮ Ｇ ＨＡＮ ＯＮＧ Ｕ ＶＥ ＳＴ Ｎ Ｕ ＬＳ ＩＮＣ Ｓ ＧＫ ＮＩ Ｒ ＩＹ（ ＡＴ ＲＡ ＣＥ Ｅ ）
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