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点阵夹芯结构非接触式损伤成像研究

北京航空航天大学学报 2023年第1期49卷 206-211页

作者：赵倩冯侃江苏大学土木工程与力学学院镇江212013

针对点阵夹芯结构的脱焊等损伤问题,提出了基于高频动态响应的非接触式损伤成像技术,根据无基线损伤指标分析结构高频响应,实现脱焊损伤成像。数值仿真中,依据局部共振理论,以损伤区域低阶固有频率作为中心频率计算结构在声场激振下宽... 详细信息

针对点阵夹芯结构的脱焊等损伤问题,提出了基于高频动态响应的非接触式损伤成像技术,根据无基线损伤指标分析结构高频响应,实现脱焊损伤成像。数值仿真中,依据局部共振理论,以损伤区域低阶固有频率作为中心频率计算结构在声场激振下宽频段内振动响应,采用无基线损伤指标实现损伤成像,由损伤成像结果准确识别脱焊损伤位置;试验中,采用扬声器激振,扫描时激光测振系统进行全场振型拾取的非接触式试验测量方案,成功识别脱焊损伤的位置。验证了非接触式成像技术对点阵夹芯结构脱焊损伤检测的适用性与可行性,实现了无附加结构质量、无健康基准信号下的损伤识别。

关键词：点阵夹芯结构局部共振高频动态响应非接触式测量全场损伤检测

复合材料点阵夹芯结构平压性能不确定分析与优化

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复合材料学报 2013年第4期30卷 177-184页

作者：许孟辉邱志平北京航空航天大学固体力学研究所北京100191

考虑一体化成型工艺制备的复合材料点阵夹芯结构及其不确定性,采用区间向量实现不确定参数定量化,建立复合材料点阵夹芯结构平压性能区间分析模型。考虑结构功能状态判断的模糊性,分别在不考虑设计容差与考虑设计容差情形下,建立了不确... 详细信息

考虑一体化成型工艺制备的复合材料点阵夹芯结构及其不确定性,采用区间向量实现不确定参数定量化,建立复合材料点阵夹芯结构平压性能区间分析模型。考虑结构功能状态判断的模糊性,分别在不考虑设计容差与考虑设计容差情形下,建立了不确定平压载荷作用下含区间参数模糊可靠性分析与优化模型。研究结果表明:材料参数及结构参数不确定性,特别是设计容差对复合材料点阵夹芯结构平压性能影响明显,因此在工程优化中不仅需要充分考虑材料参数与外部载荷等不确定性,而且需要充分重视传统不确定设计方法中未计及的设计容差的影响。本研究实现了理论成果与工程应用的有机结合,为工程领域复合材料点阵夹芯结构平压性能分析与优化提供有效理论方法。

关键词：不确定性复合材料点阵夹芯结构可靠性压缩性能不确定分析与优化

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碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲强度

航空动力学报 2013年第3期28卷 525-530页

作者：张磊邱志平北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

考虑到点阵芯层的结构形式及杆单元以拉压为主的变形模式,基于连续介质等效理论,提出了一种全新的位移场假设,并以此编写了计算点阵夹芯复合材料屈曲强度的有限元程序.通过与不同试样的压缩试验的比较,对碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲... 详细信息

考虑到点阵芯层的结构形式及杆单元以拉压为主的变形模式,基于连续介质等效理论,提出了一种全新的位移场假设,并以此编写了计算点阵夹芯复合材料屈曲强度的有限元程序.通过与不同试样的压缩试验的比较,对碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲行为进行了分析,并且验证了程序的有效性.同时,采用程序,讨论了点阵参数(包括杆单元长度、半径及倾斜角)对点阵夹芯复合材料结构屈曲强度的影响规律.结果表明:芯层体积分数相同的情况下,金字塔型和四面体型点阵夹芯结构的屈曲强度相差不大,后者略高.所得结论对点阵夹芯复合材料结构设计具有一定的指导意义.

关键词：碳纤维增强点阵夹芯结构屈曲强度分析位移场假设有限单元法

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碳纤维增强点阵夹芯结构的散热承载协同优化

航空动力学报 2012年第1期27卷 89-96页

作者：张磊邱志平北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

在散热性能分析中,解析地给出了点阵夹芯结构的整体传热系数和等效压降,定义了散热性能指标.通过连续介质力学的方法和经典的层合理论,并通过串并联模型给出了碳纤维增强点阵夹芯结构整体的刚度特性.在满足既定的承载要求和一定的散热... 详细信息

在散热性能分析中,解析地给出了点阵夹芯结构的整体传热系数和等效压降,定义了散热性能指标.通过连续介质力学的方法和经典的层合理论,并通过串并联模型给出了碳纤维增强点阵夹芯结构整体的刚度特性.在满足既定的承载要求和一定的散热要求约束下,提出了一种对碳纤维增强点阵夹芯结构进行多功能优化设计的协同优化方法,在设计中采用了更符合工程实际的基于分枝定界法的混合离散优化方法,得到了夹芯结构质量函数的最小值,从而实现了轻质的目的.同时对不同结构形式的芯子做了相应的比较和分析,结果表明:金字塔型点阵夹芯结构在实现轻质的同时,具有较强的散热能力,而且承载能力更好,更为轻质高效.

关键词：碳纤维增强点阵夹芯结构散热等效刚度协同优化方法

新型CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下能量吸收特性研究

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振动与冲击 2023年第17期42卷 166-174页

作者：赵众豪池瑜莉冯峻良文大伟朱国华长安大学汽车学院西安710064 湖南大学机械与运载工程学院长沙410006 长安大学长安都柏林国际交通学院西安710064

点阵夹芯结构因其优异的力学性能、出色的能量吸收能力、独特的功能性,被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。然而,传统点阵夹芯结构在面外压缩载荷下存在应力分布不均匀、节点应力集中等缺点。为了解决上述问题,该研究基于体心立... 详细信息

点阵夹芯结构因其优异的力学性能、出色的能量吸收能力、独特的功能性,被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。然而,传统点阵夹芯结构在面外压缩载荷下存在应力分布不均匀、节点应力集中等缺点。为了解决上述问题,该研究基于体心立方结构(body-centered cubic,BCC)提出了一种新型的余弦函数单元基(cosine function cell-base,CFCB)点阵结构。为了研究CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下能量吸收特性,制备了CFCB点阵夹芯结构,开展了准静态压溃试验,并与BCC点阵夹芯结构的试验结果进行对比。结果表明,CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下的承载与能量吸收能力明显优于BCC点阵夹芯结构。随后,基于有限元模型,系统揭示了芯子单胞直径、幅值、周期长度等胞元参数及厚度方向上的单胞层数对CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下吸能特性的影响。相关研究成果有望为新型CFCB点阵夹芯结构设计提供参考。

关键词：点阵夹芯结构增材制造能量吸收特性有限元分析

连续纤维Octet-truss点阵夹芯结构制造及抗压缩性能

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复合材料学报 2021年第6期38卷 1767-1774页

作者：张甲瑞翟光涛李文礼重庆工商职业学院智能制造与汽车学院重庆401520 重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054

Octet-truss是一种兼具轻质构型和多功能特点的三维点阵结构,为分析和验证其抗压缩性能,提出了一种采用连续纤维制备Octet-truss点阵夹芯板的方法,该方法设计了一套Octet-truss结构成型工装,采用该工装,运用空间编织法及树脂固化工艺制... 详细信息

Octet-truss是一种兼具轻质构型和多功能特点的三维点阵结构,为分析和验证其抗压缩性能,提出了一种采用连续纤维制备Octet-truss点阵夹芯板的方法,该方法设计了一套Octet-truss结构成型工装,采用该工装,运用空间编织法及树脂固化工艺制备了不同类型的玻璃纤维和凯夫拉纤维试件,并对试件进行了轴压测试,实验结果表明该方法制备的不同材质、不同尺寸的夹芯板力学性能稳定,验证了其制备工艺的可靠性,结合实验过程与SEM图像分析了玻璃纤维试件主要失效模式为节点附近纤维杆因纤维微屈曲出现断裂,凯夫拉纤维试件主要失效模式为纤维杆欧拉屈曲而出现弯曲破坏。

关键词： Octet-truss 点阵夹芯结构制备工艺成型工装压缩性能

曲面碳纤维增强树脂复合材料点阵夹芯结构的弯曲和振动特性

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复合材料学报 2023年第6期40卷 3651-3661页

作者：唐玉玲韩露张峻霞任煜赫姜美姣天津科技大学轻工食品机械设备集成设计与在线监测天津市重点实验室天津300222

采用热压一次成型的工艺制备了曲面碳纤维增强树脂复合材料点阵夹芯结构,进行了三点弯试验探究了结构的弯曲破坏载荷与破坏模式。结果显示:结构的载荷位移曲线分为4个阶段,分别为线性阶段、损伤起始阶段、损伤演化阶段和失效阶段;破坏... 详细信息

采用热压一次成型的工艺制备了曲面碳纤维增强树脂复合材料点阵夹芯结构,进行了三点弯试验探究了结构的弯曲破坏载荷与破坏模式。结果显示:结构的载荷位移曲线分为4个阶段,分别为线性阶段、损伤起始阶段、损伤演化阶段和失效阶段;破坏模式主要为面板压溃与节点失效。通过ABAQUS显示求解器建立了有效的弯曲和模态振动模型,得到弯曲破坏过程的失效模式、载荷位移曲线及结构振动模态与固有频率。讨论了不同参数(几何参数和材料性能)对弯曲和振动性能的影响,比较了不同边界条件对固有频率的影响。结果显示:相对密度(面板厚度、芯子直径)的增加会使结构的弯曲破坏载荷和固有频率增大,而芯子倾角ω的增大会使弯曲破坏载荷与固有频率的减小;材料的比刚度越大,固有频率越高。

关键词：碳纤维增强树脂复合材料点阵夹芯结构弯曲振动有限元分析

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复合材料点阵夹芯结构的换热特性

复合材料学报 2011年第4期28卷 185-195页

作者：孙雨果高亮哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080

采用FLUENT软件模拟了受一恒定温度载荷的复合材料点阵夹芯结构在辅助流体强制对流作用下的热行为和热传输特性。对流体的压力场、速度场、温度场等场分布规律及特征进行了分析,详细地阐述了点阵夹芯结构本身的构型对胞元内近壁流动和... 详细信息

采用FLUENT软件模拟了受一恒定温度载荷的复合材料点阵夹芯结构在辅助流体强制对流作用下的热行为和热传输特性。对流体的压力场、速度场、温度场等场分布规律及特征进行了分析,详细地阐述了点阵夹芯结构本身的构型对胞元内近壁流动和热传输类型的影响。采用雷诺数Re、努塞尔数Nu、压降损失系数KCell三个以胞元特征长度为度量的无量纲参数对结构的换热性能进行了表征与评价;并引入温度最小渗透率、最大渗透率和水平渗透率的概念,更加直观地表征结构的换热性能。结果表明,强制对流下结构的换热性能明显提高,有利于其轻质多功能化的实现。

关键词：点阵夹芯结构对流换热换热特性渗透率

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钛合金点阵夹芯结构弯曲性能

中国有色金属学报 2018年第3期28卷 457-464页

作者：张弥王晓东苏亚东关志东北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 沈阳飞机设计研究所沈阳110035

通过理论、试验、数值模拟3种方法研究3D打印钛合金金字塔型点阵夹芯结构在两端简支三点弯曲载荷下的响应,试验中通过裂纹观测仪监测加载过程。结果表明:在弯曲载荷下,夹芯结构损伤区域主要在弯矩最大中线处附近;试件首先在上面板出现... 详细信息

通过理论、试验、数值模拟3种方法研究3D打印钛合金金字塔型点阵夹芯结构在两端简支三点弯曲载荷下的响应,试验中通过裂纹观测仪监测加载过程。结果表明:在弯曲载荷下,夹芯结构损伤区域主要在弯矩最大中线处附近;试件首先在上面板出现塑性变形,随着第一层杆件的屈曲,载荷迅速下降。通过扫描电子显微镜(SEM)观测断口形貌,验证面板及杆件均为弯曲变形失效。基于ABAQUS软件,建立结点刚硬点阵夹芯结构有限元模型,对结构的渐进损伤过程进行预测,获得损伤起始位置、损伤扩展、破坏载荷及最终破坏模式等结果,模拟结果与试验结果吻合较好。通过有限元模型分析宽度方向不同单胞列数的影响,结果表明列数越多,边界影响越小,结构承载能力越强。

关键词：点阵夹芯结构弯曲性能渐进损伤有限元模拟