蜂窝铝轻质夹芯结构的面外压缩性能研究_王海娇.pdf
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1、河南科技Henan Science and Technology机械与动力工程总第806期第12期2023年6月蜂窝铝轻质夹芯结构的面外压缩性能研究王海娇1谭雪友1吴怀荣2韦军昌2(1.广西科技大学创新创业学院,广西柳州545006;2.广西科技大学机械与汽车工程学院,广西柳州545006)摘要:【目的目的】蜂窝铝轻质夹芯结构是一种外层为铝板、中间为铝蜂窝芯的三明治结构。因其优良的力学特性,在航空、汽车等领域得到广泛应用。为改善蜂窝铝轻质夹芯结构的力学性能,对面外压缩性能进行研究。【方法方法】使用有限元模拟法探讨孔棱边长、孔壁厚度、芯板高度和面板厚度对面外压缩性能的影响。【结果结果】研究表明,
2、蜂窝铝轻质夹芯结构的抗压性能随孔棱边长增加而降低,压缩性能随孔壁厚度增加而提升,面板厚度对夹芯结构压缩性能基本无影响。【结论结论】蜂窝铝轻质夹芯结构的面外压缩性能与孔棱边长和孔壁厚度有关,与面板厚度无关。关键词:蜂窝铝轻质夹芯结构;面外压缩性能;有限元模拟中图分类号:O3文献标志码:A文章编号:1003-5168(2023)12-0043-05DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.12.008Study on the Out-of-plane Compression Performance of HoneycombAluminum Lightweight Sa
3、ndwich StructureWANG Haijiao1TAN Xueyou1WU Huairong2WEI Junchang2(1.Guangxi University of Science and Technology,School of Innovation and Entrepreneurship,Liuzhou 545006,China;2.Guangxi University of Science and Technology,School of Mechanical andAutomotive Engineering,Liuzhou 545006,China)Abstract:
4、Purposes The honeycomb aluminum lightweight sandwich structure is a sandwich structurewith an outer layer of aluminum plate and an aluminum honeycomb core in the middle.Due to its excellent mechanical properties,honeycomb aluminum lightweight sandwich structure has been widely usedin aviation,automo
5、bile and other fields.In order to improve the mechanical properties of honeycomb aluminum sandwich structures,its out-of-plane compression performance were studied.Methods Thisstudy discusses the effects of hole edge length,hole wall thickness,core plate height,and panel thickness on the out-of-plan
6、e compressive performance through finite element simulation.Findings The research shows that the compressive performance of sandwich structures decreases with the increase ofhole edge length;The compression performance of sandwich structure increases with the increase of holewall thickness;The thick
7、ness of the panel has no effect on the compression performance and deformationprocess of the sandwich structure.Conclusions The out-of-plane compression performance of sand收稿日期:2023-03-17基金项目:广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2023KY039);广西科技基地和人才专项项目(桂科AD23026113)。作者简介:王海娇(1989),女,硕士,研究方向:复合材料力学性能;吴怀荣(1998),男,硕士生
8、,研究方向:轻质结构力学性能;韦军昌(1999),男,本科生,研究方向:轻质结构力学性能。通信作者:谭雪友(1993),女,博士,助理研究员,研究方向:预应力工程。44第12期wich structures is related to the hole edge length and hole wall thickness,but not to the panel thickness.Keywords:honeycomb aluminum light weight sandwich structure;out-of-plane compression performance;finite el
9、ement simulation0引言蜂窝铝轻质夹芯结构是一种三明治结构,其外层为铝板、中间为铝蜂窝芯,三者由黏合剂黏结在一起。铝蜂窝芯的特性决定该结构的重量非常轻,但又具有很高强度和刚性,能承受高载荷和抗震能力。此外,蜂窝铝轻质夹芯结构具有良好的隔热性和耐腐蚀性,可在恶劣环境下长期使用。蜂窝铝轻质夹芯结构在航空、汽车、铁路等领域中的应用非常广泛,可用于制造飞机、高速列车、汽车车身等1-5。蜂窝铝轻质夹芯结构具有优异性能,成为研究热点。近年来,国内外研究人员一直对蜂窝铝轻质夹芯结构进行研究,并取得了许多成果。Burlayenko等6使用 ABAQUS 对空心蜂窝芯板和泡沫填充芯板进行分析,比较
10、两者间的芯板承载能力及固有频率。Wang等7通过三点弯曲试验和面板剥离试验来研究蜂窝夹芯板芯层厚度及密度对整体材料性能的影响。乔及森等8通过试验与有限元相结合的方法,对梯度铝蜂窝夹芯板的压缩性能进行研究。赵钱9通过试验结合有限元仿真的方式,研究有缺陷蜂窝夹芯结构的静力学特性,得出不同工况下的疲劳寿命数据。从研究现状来看,蜂窝铝轻质夹芯结构在各个细分领域的应用研究较为深入,但在蜂窝铝轻质夹芯结构基本结构参数对压缩性能影响方面的研究并不多。因此,本研究给出一种以蜂窝铝为芯子的轻质夹芯结构,对其面外压缩性能进行有限元模拟分析。通过改变结构参数尺寸,研究孔棱边长、孔壁厚度、芯板高度和面板厚度对结构面外
11、压缩性能的影响规律。1有限元模型使用ABAQUS软件建立一种以蜂窝铝为芯子、铝合金为面板的轻质夹芯结构的有限元模型,设置载荷与边界条件,如图 1 所示。根据主要研究内容,对蜂窝铝轻质夹芯结构中芯板高度、孔棱边长、芯板壁厚、面板厚度4个基本结构参数进行逐一改变,共建立9个模型,设置4组对比分析,研究结构参数对结构力学性能的影响。9个模型中芯板长宽尺寸均为30 mm、面板长宽尺寸均为40 mm,所有模型均使用相同的接触设置、边界条件及其他参数设置。模型的具体尺寸见表1。2有限元模拟结果分析对Y1压缩有限元模拟分析模型进行求解,所得载荷位移曲线如图2所示。由图2可以看出,载荷位移曲线整体上可分为三个
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