含初始缺陷的蜂窝夹芯板疲劳行为
圆弧形蜂窝夹芯板在低速冲击下的动力响应研究
圆弧形蜂窝夹芯板在低速冲击下的动力响应研究余阳;付涛【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2024(43)5【摘要】为了研究具有负泊松比特性的圆弧形蜂窝夹芯板的动力响应,基于哈密顿原理和一阶剪切变形理论推导了圆弧形蜂窝夹芯板的运动方程,同时建立两自由度的质量-弹簧模型来获得蜂窝夹芯板与冲击器之间的接触力,利用Navier法和Duhamel积分对圆弧形夹芯板的运动方程解析求解。
在理论模型有效性验证方面,低速冲击下蜂窝夹芯板中心最大横向位移的理论模型计算结果与ABAQUS有限元仿真结果的最大相对误差为4.9%,同时求得理论模型与已发表文献计算出的接触力最大相对误差为8%,验证了理论模型的有效性。
通过理论模型研究了蜂窝胞元参数变化对蜂窝夹芯板动力响应的影响,研究结果表明:随着球形冲击器的冲击速度递增,圆弧形蜂窝夹芯板中心最大横向位移也呈现出递增的规律;圆弧形蜂窝夹芯板的抗冲击特性随着蜂窝胞元半径或角度的增大而减小,当蜂窝胞元半径从5 mm增加至7 mm时,蜂窝夹芯板的抗冲击特性减少40.28%;当蜂窝胞元角度从30°增加至60°时,蜂窝夹芯板的抗冲击特性减少83.64%;蜂窝夹芯板的抗冲击特性随着蜂窝胞元壁厚的增大而增大,当蜂窝胞元壁厚从1 mm增加至3 mm时,蜂窝夹芯板的抗冲击特性提升59.51%。
通过减小胞元角度和半径,增加胞元壁厚可以提升圆弧形蜂窝夹芯板的抗冲击特性。
【总页数】10页(P214-222)【作者】余阳;付涛【作者单位】昆明理工大学机电工程学院【正文语种】中文【中图分类】TB331【相关文献】1.基于Ansys的冲击载荷下蜂窝夹芯板的动力学响应2.冲击角度对Nomex蜂窝夹芯板低速平头冲击响应的影响3.铝蜂窝夹芯板低速动态冲击响应研究4.低速冲击下蜂窝夹芯板动态响应及梯度影响研究5.低速冲击下负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板的动力响应因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
蜂窝板学习总结
典型复合材料结构高温环境下静、动力学性能分析1.《蜂窝板结构等效弹性模量的测试》；在本文中通过试验测得蜂窝板的振型模态，在建模中首先将蜂窝板等效成体积厚度不变的各向同性板，然后依据试验所得模态通过ANSYS进行模型修正最终得出板的等效模量。
2《蜂窝板复合材料的等价弹性模量》；（此文未读懂）3《蜂窝夹层结构非线振动研究》；第二章中对三明治等效理论、蜂窝板理论、等效板理论；第三章为蜂窝夹层结构的非线性参数的确定即通过试验数据得到刚度阻尼进而明确非线性，最后通过推导得出非线性参数以及对应动力学方程。
（有时间细读推公式）4《基于响应面方法的碳纤维蜂窝板有限元模型修正》将蜂窝板等效为三明治板利用多种方法进行模型修正。
（模型修正方法介绍）5《ABAQUS前处理程序二次开发在蜂窝材料中的应用》利用Python建立蜂窝芯层模型。
6《对铝蜂窝夹层板Y等效模型的动力学数值仿真》；蜂窝板原始模型与等效Y模型频率误差随模型几何参数变化情况分析。
7《多夹心层蜂窝板动力学特性分析与仿真》对蜂窝板进行三明治等效模型建立分析其频率8《多铺层碳纤维蜂窝板模型修正》；对蜂窝板进行三明治等效，通过试验结果进行模型修正。
9《蜂窝板振动的主动控制实验研究》通过蜂窝板原始模型计算频率与试验所得频率对比验证模型正确性，此外通过振动控制进行试验研究。
10《蜂窝夹层板的非线性动力学研究》；对蜂窝板进行单自由度、两自由度动力学方程建立。
11《蜂窝夹层板结构的减振设计》；本文中对蜂窝板等效理论（三明治理论、蜂窝板理论、Hoff等刚度理论、改进的Allen理论）进行了动力静力学分析、12《蜂窝夹层板结构等效模型比较分析》分别采用Reissne:理论、Hoff理论、三明治夹芯板理论三种不同的等效方法建立有限元模型，然后进行了静力分析和模态分析。
13《蜂窝夹层板力学等效方法对比研究》本文选取了三明治夹芯板理论、Hoff等刚度理论、改进的汕en理论及蜂窝板理论四种蜂窝夹层板等效方法，分析各方法的等效原理，然后通过实例，从静力变形、应力及模态频率三方面，与实体单元建立的蜂窝夹层板进行比较，探讨四种等效方法的静动力学等效精度，14《蜂窝夹层板自由振动参数影响分析及实验研究》；本文根据薄板动力学有限元理论，通过对蜂窝板等效抗弯刚度及等效密度的推导，得出了蜂窝板固有频率与面板、胶层及蜂窝芯各项参数的关系公式。
蜂窝夹芯板多次低速冲击及冲击后剩余强度
蜂窝夹芯板多次低速冲击及冲击后剩余强度俎政; 原天宇; 汤双双; 代祥俊【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)028【总页数】9页(P101-109)【关键词】蜂窝夹芯板; 多次冲击; 剩余强度; 数字图像相关【作者】俎政; 原天宇; 汤双双; 代祥俊【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院淄博255000【正文语种】中文【中图分类】TB331轻质、高强的复合材料在当今得到广泛应用,特别是其抗变形,易加工以及优越的吸能效果,在防撞性要求较高的工业中备受青睐,如飞机、船舶等领域[1]。
其中蜂窝夹芯板则是一种常用的复合材料,国内外多位学者[2—6]对蜂窝夹芯板低速冲击进行了实验研究及仿真模拟。
蜂窝夹芯板服役期间,难免会受到冲击,如飞机起飞时地面碎石的撞击,维修设备中工具掉落的冲击等[7]。
蜂窝夹芯板同一位置常会受到多次冲击的事件,因此研究多次冲击对蜂窝板的损伤情况更有实用价值。
在多次冲击的研究中,Akatay等[7]研究了多次冲击对蜂窝夹芯板的影响,研究发现,随着冲击能量的增加,冲透蜂窝夹芯板所需的次数逐渐减小。
Guo等[8]研究了泡沫铝夹芯板,发现在低能量冲击情况下,夹芯结构的挠度随着冲击次数的增加而逐渐增大,但增幅却逐渐减小。
Tooski等[9]研究了纤维板相邻部位多次冲击时的响应,研究发现第二个部位的冲击力受第一个部位的影响,这是由于第一个部位的冲击引起应变强化。
Zhu等[10]研究了在低温(-60 ℃)与室温(20 ℃)两种温度下泡沫铝夹层板多次冲击的力学性能。
其研究发现,随着冲击次数的增加,加载阶段的刚度逐渐增大。
Atas等[11]研究了加热后复合材料的冲击效应,研究发现,多次冲击情况下,随着加热时间越长,损伤面积就越大。
加热后的复合材料相比于未加热的材料,在最大接触力、吸能效果等方面都有变化。
Balc等[12]研究了修复后的蜂窝夹芯结构多次冲击的实验。
对比原来的蜂窝板,修复后的蜂窝板所需的冲透能量大。
复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究
的周 期性 ， 因此 一 般采 用 均 匀 化 的方法 将其 等 效 为 连续 体 。 国 内外 学 者 通 过 研 究 给 出 了等 效 蜂 窝 芯 子弹 性 常数 的预报 公 式 ， 研 究 了弹性 常数 与 蜂 窝 并 芯子 材料 和几 何 尺 寸 的关 系 。Ｖ ｉｙ 人 ，对 低 ａｄａ等 ６ 速 冲击下 中空 的 环 氧 树 脂 蜂 窝 夹 芯 板 的 冲 击 力 学 性能 进行 了实 验研 究 ， 与 泡 沫 材 料 和 蜂 窝 芯子 进 并
等效为均匀 的正交各项异性材料 。采用基 于应 变的 Ｈ ｓｉ ａｈｎ三维失效准则和 Ｙ ｈ分层失效准则对面板 损伤进行 判断。使 用部 ｅ 分刚度折减对损伤材料性 能进行退化 。利用用 户子程序 将损伤判据和刚度 折减 方案引入到 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ软件 中。模拟 了复合材
料蜂窝夹芯板低速冲击损伤 渐进过程 ， 与试验结果进行验证 。证 明了该方 法的合理性 ， 并 最后讨论 了各 种参数对冲 击响应和
第 一作 者简介 ： 李进亚 （９ ６ ） 硕 士， 究方 向： １８ 一 ， 研 力学仿 真与建模 。
Ｅｍａ ：ｊ ｙ＿６ ＠ １３ ｔｍ。 － ｉ ｌｉ ａ １ ３ ６ ．ｏ ｌ ｉｎ
复合材料蜂窝板 的低速 冲击损伤有多种损伤 模式 ， 且在冲击过程 中各种损伤模式 间有相互耦合 作用。为了简化蜂 窝板 的低速冲击模型， 只考虑 了
第１ ２卷
第１ ０期
２１ ０ ２年 ４月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．１ Ｎｏ ０ Ａｐ ．２０１ １ ２ ．１ ｒ ２
蜂窝夹层板结构中导波的传播特性及其脱粘损伤的检测
蜂窝夹层板结构中导波的传播特性及其脱粘损伤的检测PENG Bo;SHUI Guoshuang;WANG Yuesheng【摘要】利用有限元模型研究了蜂窝夹层板结构中导波的传播特性,并进行了蜂窝夹层板结构中蒙皮与蜂窝芯脱粘损伤检测的实验研究.建立了基于实际蜂窝夹层板结构的有限元模型,利用COMSOL Multiphysics软件模拟了导波在完好结构和含有脱粘损伤结构中的传播规律.结果表明,导波在蜂窝夹层板中传播时具有频散和多模态特性,可通过频散关系确定导波的各阶模态,且A0模态对脱粘损伤最敏感.采用压电片作为激励源,选取窄带脉冲作为激励信号激发导波,利用Polytec激光测振仪采集蜂窝夹层板中的导波信号.对信号进行小波变换,提取A0模态的幅值,并在此基础上通过损伤概率算法定位脱粘损伤的位置.结果表明,A0模态幅值可作为损伤检测的参数,且重构的脱粘损伤与实际的脱粘损伤位置吻合较好.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2019(038)012【总页数】8页(P140-147)【关键词】蜂窝夹层板结构;超声导波;脱粘损伤;小波变换;损伤概率算法【作者】PENG Bo;SHUI Guoshuang;WANG Yuesheng【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】TH212;TH213.3蜂窝夹层板是由上下蒙皮和蜂窝芯通过胶粘剂粘接而成的一种层状复合夹芯结构。
蜂窝夹层结构因其轻质、耐疲劳、比强度和比刚度高等优秀的力学性能被广泛应用于汽车、航海和航空航天等领域[1-2]。
超声波在板状结构中传播时，在板的上下界面会不断发生反射，相互叠加，形成一种传播形式较复杂的导波，称之为Lamb波。
Lamb波有两种基本模态，对称模态Sn和反对称模态An[3]。
Lamb波在蜂窝夹层板中传播时会发生频散，以多种模式共同存在，具有“漏波”特性。
若在单侧蒙皮激励Lamb波，当激励频率较低时，Lamb波会沿着整个夹层板传播；当激励频率较高时，Lamb波主要集中在激励侧蒙皮传播，并向蜂窝芯发生能量泄露[4-6]。
复合材料蜂窝夹芯板抗鸟弹高速冲击性能研究
复合材料蜂窝夹芯板抗鸟弹高速冲击性能研究
贾登豪;段玥晨
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2024()6
【摘要】为了研究复合材料蜂窝夹芯板在鸟弹高速冲击下的抗冲击性能,以及蜂窝夹芯材料在机械结构轻量化设计上的运用。
通过有限元仿真软件LS-DYNA建立了模拟明胶鸟弹冲击含玻璃纤维增强复合材料和碳纤维增强复合材料面板、等效化NOMEX芳纶纸蜂窝芯的仿真模型。
研究了芳纶纸和铝合金两种蜂窝材料、蜂窝
芯胞元壁厚、复合材料面板和铝合金两种面板材料对蜂窝夹芯板的抗冲击性能影响。
结果表明组件中蜂窝芯厚度和面板厚度对复合材料蜂窝夹芯结构抗冲击性能都有较大影响。
同等结构参数下,铝蜂窝、铝面板对抗鸟弹高速冲击性能更好。
等质量不
同厚度时,复合材料面板和芳纶纸蜂窝抗冲击性能更好,更适合用于机械结构的轻量
化设计。
【总页数】6页(P214-218)
【作者】贾登豪;段玥晨
【作者单位】郑州大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TB333
【相关文献】
1.复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究
2.蜂窝夹芯板的抗高速冲击性能研究
3.复合材料蜂窝夹芯板冰雹冲击及多次冲击数值研究
4.双层串联蜂窝夹芯复合材料板的抗高速冲击性能研究
5.复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究
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蜂窝材料本构
蜂窝材料本构
以下是对蜂窝材料本构的详细介绍：
一、蜂窝材料的结构特点
蜂窝材料的结构特点是其独特的蜂窝形状，这种形状使得材料在承受外力时能够有效地分散应力和承受压力。
蜂窝结构中的每个单元格都像一个小的支撑柱，共同支撑着整个结构。
这种结构使得蜂窝材料在保持轻量化的同时，具有很高的强度和刚度。
二、蜂窝材料的应力-应变关系
蜂窝材料的应力-应变关系呈现出明显的非线性和各向异性特征。
在受到外力作用时，蜂窝材料的变形主要集中在蜂窝的节点和边界处，而蜂窝内部则几乎不发生变形。
这种变形模式使得蜂窝材料能够有效地吸收和分散冲击能量，具有较好的抗冲击性能。
三、蜂窝材料本构的影响因素
蜂窝材料的本构关系受到多种因素的影响，包括制造工艺、材料属性、蜂窝尺寸等。
制造工艺的不同可能会导致蜂窝材料内部存在缺陷或残余应力，从而影响其力学性能；材料属性的不同则会影响蜂窝材料的强度、刚度等物理性质；而蜂窝尺寸的大小则会直接影响蜂窝材料的承载能力和变形行为。
四、蜂窝材料的应用领域
蜂窝材料由于其独特的结构和优异的力学性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。
在航空航天领域，蜂窝材料被用作各种壁板、翼面、舱面等的制造材料；在汽车制造领域，蜂窝材料被用作车身结构、座椅等的制造材料；在建筑领域，蜂窝材料被用作隔音墙、隔热板等的制造材料。
总之，蜂窝材料的本构关系是一个复杂的问题，需要综合考虑多种因素的影响。
在实际应用中，需要根据具体的使用条件和要求来选择合适的蜂窝材料和设计方案。
同时，随着科技的不断发展，蜂窝材料的性能和应用领域也将不断拓展和优化。
蜂窝夹芯板在高速冲击下的动态响应研究
0引言直升机由于其具有平移飞行、悬停飞行和垂直起降的能力，使其成为所有飞行器中用途最广泛的类型之一[1]。
迄今为止，直升机已经广泛应用于军事和民用领域，然而，近几十年来，直升机安全问题越来越受到关注。
对直升机事故调查发现，飞机耐撞性被视为关键问题之一。
但直到越南战争时期才引起足够的重视，第一批优先考虑防撞设计的是UH-60黑鹰和AH-64阿帕奇直升机[2]。
在之后的开发中，耐撞性设计变得越来越重要。
而在各种典型的能量吸收结构中，蜂窝结构由于具有高比强度、比刚度和显著的能量吸收性能，在大多数工程领域得到了广泛应用[3]。
迄今为止，在耐撞性研究中，人们开发了许多蜂窝夹层结构来提高能量吸收能力。
目前Sun 等人[4]研究了基于一阶和二阶顶点的分层蜂窝的平面外耐撞性行为。
结果表明，一阶和二阶蜂窝的比能量吸收分别提高了81.3%和185.7%，而峰值力没有增加太多。
Ma 等人[5]研究了仿生自相似规则分层蜂窝在面外冲击载荷下的耐撞性。
分层单元组织可以加强材料强度，从而提高抗压强度和能量吸收能力。
湖南大学[6]和东南大学团队[7]关于蜂窝夹层结构几何属性对其抗冲击的影响有了系统性的研究。
但是，直升机在飞行过程中往往遭受高速冲击，而在这方面的研究目前还相对较少。
所以本文通过ABAQUS 建立了蜂窝夹芯结构的有限元模型，并模拟了破片侵彻夹芯结构的过程，分析了在破片高速贯穿夹芯板时，结构各部分的损伤情况。
并进一步对比了各部分参数的变化对其吸能的影响，旨在进一步了解夹芯结构的面板、芯层的参数和夹芯板耐撞性之间的关系。
1数值仿真模型及参数设置有限元模型分为夹芯结构和破片，其中夹芯板的结构如图1所示，前后面板为边长150mm 的正方形，厚度1mm ；芯层采用边长为4mm，厚度为0.07mm 的正六边形蜂窝，高度为15mm。
破片采用球型破片，其直径为12mm，质量为7.05g。
由于主要研究夹芯板的动态响应过程，所以不考虑破片自身的变形情况，将破片设置为钢体结构。
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２１ ０２年 ３月
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学报 Biblioteka Ｖｏ － ３ № ． ｌ３ ３
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含 初 始 缺 陷 的蜂 窝夹 芯 板 疲 劳 行 为
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中图分类号 ： ２４ ６ 文献标 志码 ： 文章编 号 ：０６７ ４ （０ ２ ０ －３ ５ ５ Ｖ １． Ａ １０ － ３ ２ １ ）３０ ２ － ０ ０
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芦颉 ，邹广平 ， 曹扬 ， 刘宝君
（ 尔滨工程 大学 航 天与建筑工程 学院， 哈 黑龙江 哈 尔滨 １０ ０ ） ５０ １ 摘 要： 借助 四点弯 曲装置 ， 对含： 有初始芯面脱焊缺 陷 的钢 质蜂 窝夹芯板 开展 了室温 疲劳行 为研究． 载荷 比为 ０ ２ ， ． ０ 载
荷水 平在 １ ％ 一 ０ 通过考虑不 同脱 焊尺寸研究该类结构 的失 效 ， 到疲 劳寿命 Ｓ—Ｎ曲线 和疲 劳极 限． 用 曲线 拟 ５ ９ ％． 得 利 合和外推技术 ， 到疲 劳阈值 为 １ 不发 生破 坏的临界缺 陷尺 寸为 ７ ０ ｍ． 效模式 分析表 明 ： 得 ０次 ．４ ｍ 失 当芯子和 面层脱 焊 缺陷尺寸为 ３ ４ ｎ时 ， ０～ ０ｍｉ 较易发生脱焊 区的整体 横向断裂 ； 陷尺寸为 １ ２ 缺 ５— ０ｍｍ时 ， 主要 以脱 焊尖端 的蜂 窝芯壁撕
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裂和坍塌为主．
关键词 ： 窝夹 芯 ； 蜂 脱焊缺陷 ； 弯曲疲劳 ； 失效模式
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