一种铝蜂窝夹层结构仿真方法研究

一种铝蜂窝夹层结构仿真方法研究

作者：李召富马龙王万静王晓军

来源：《现代商贸工业》2018年第07期

摘要：依据国家标准GB/T 1456—2005《夹层结构弯曲性能试验方法》中相关规定选取铝蜂窝夹层结构目标样件及计算载荷工况，并进行样件弯曲刚度数值计算。采用Sandwich夹芯板理论建立两种样件有限元模型，通过不同的修正系数对模型进行修正，验证数值计算与仿真分析的吻合性。

关键词：铝蜂窝；仿真方法；夹层结构

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/ki.1672-3198.2018.07.089

1引言

铝蜂窝板具有轻量化、高强度、高刚度、优良隔音性能、隔热、阻燃、减震、吸能、电磁屏蔽等优点，目前已在轨道交通、国防军事、航空航天、建筑建材等工程技术领域广泛应用。铝蜂窝材料具有各向异性等材料性能，材料性能与其结构尺寸有关，为缩短研究周期、降低试验成本、增加结构可靠性，对铝蜂窝板进行仿真分析研究，并与数值经验公式进行对比，验证仿真合理性。

2计算工况及边界条件

依据国家标准GB/T 1456—2005《夹层结构弯曲性能试验方法》中相关规定选取计算载荷工况，载荷施加与边界条件见图1，各个试样的载荷选取依据《蜂窝地板三点弯曲试验报告》，初始载荷为试样破坏载荷的20%，30%，分别对每个试样的Sandwich 4个模型进行计算，各试样施加载荷情况参见表1。

3仿真建模参数

参照国标GB/T 1456—2005《夹层结构弯曲性能试验方法》中相关规定，选取2种铝蜂窝夹层结构试样，其中图2为试样三维模型，图3为夹层结构尺寸示意图，试样具体尺寸和相关材料参数见表2。

3.1等效方法

采用Sandwich夹芯板理论仅对夹芯层作了正交各向异性简化，计算量小且容易实现，参数计算方法如下：

l*为蜂窝胞元的边长（mm）；

γ为修正系数，取决于加工工艺，一般取0.4～0.7；

E x为等效板x方向弹性模量（MPa）；

E x为等效板y方向弹性模量（MPa）；

G xy为等效板xy方向剪切模量（MPa）；

G xz为等效板xz方向剪切模量（MPa）；

G yz为等效板yz方向剪切模量（MPa）。

3.2材料参数

依据Sandwich夹芯板等效理论，并参照不同的γ取值，计算得出夹芯层的等效参数参见表3、表4，Sand-wich夹芯板等效模型中面板的参数和夹芯层的厚度与真实模型相同。

4有限元模型

建立每个试样Sandwich等效模型，采用Abaqus中的复合材料建模方法，采用壳单元，根据不同的材料属性分别计算4次，图4为有限元模型，表5为4种试样有限元模型的具体数据。

5计算结果与分析

根据GB/T 1456—2005{夹层结构弯曲性能试验方法》的夹层结构弯曲刚度理论值见表6，根据有限元计算结果并与进行比较，计算出误差。

5.1试样1计算结果

表7～表10为对试样1的4种模型进行计算的位移结果，以及根据位移计算出的夹层结构弯曲刚度和相对理论弯曲刚度值的误差，表中左侧位移对应图1中4点的位移，右侧位移对应图1中2点的位移，中间挠度对应图1中3点的位移。

由计算结果可知，由Sandwich等效模型计算出的试样1夹层结构弯曲刚度相对理论值的误差为5.31%～5.35%。

5.2试样2计算结果

表11～表14为对试样2的4种模型进行计算的位移结果，以及根据位移计算出的夹层结构弯曲刚度和相对理论弯曲刚度值的误差。

由计算结果可知，由Sandwich等效模型计算出的试样2夹层结构弯曲刚度相对理论值的误差为5.32%～5.37%。

6结论

对两种铝蜂窝夹层结构试样分别采用Sandwich等效模型进行仿真计算，分别采用0.4，0.5，0.6，0.7四种系数对模型进行修正，仿真结果与GB/T 1456—2005《夹层结构弯曲性能试验方法》弯曲刚度理论值进行对比。试样1的误差为5.31%～5.35%，试样2的误差为

5.32%～5.37%，其中γ=0.4时计算出的夹层结构弯曲刚度相对理论值的误差最小。