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Kagome点阵夹芯板的抗冲击性能研究

工程力学 2007年第8期24卷 86-92页

作者：郑华勇吴林志马力王新筑哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所黑龙江哈尔滨150001

Kagome点阵夹芯结构是近年来提出的一种力学性能十分优异的新型点阵夹芯结构。建立了3D-Kagome点阵夹芯板在理想冲击载荷作用下的分析模型,将含有大量周期性单胞的芯子等效为实体板,得到了Kagome芯子的等效本构关系,给出了芯子的等效强... 详细信息

Kagome点阵夹芯结构是近年来提出的一种力学性能十分优异的新型点阵夹芯结构。建立了3D-Kagome点阵夹芯板在理想冲击载荷作用下的分析模型,将含有大量周期性单胞的芯子等效为实体板,得到了Kagome芯子的等效本构关系,给出了芯子的等效强度和刚度。采用有限元方法模拟3D-Kagome夹芯板在理想冲击载荷作用下的响应,研究了板的最大挠度随芯子相对密度、芯子的厚度参数和冲击载荷大小的变化规律,得出了该结构抗冲击的最优化设计方案。与相同重量的实体板比较发现,3D-Kagome点阵夹芯板在抵抗冲击、能量吸收和耗散等方面具有很大的优势。

关键词：工程力学轻结构点阵夹芯 Kagome 冲击优化设计

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点阵夹芯圆柱壳自由振动分析的波有限元方法

应用数学和力学 2024年第1期45卷 25-33页

作者：韩少燕高汝鑫西安交通大学城市学院机械工程学院西安710018 北京理工大学先进结构技术研究院北京100081 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

针对点阵夹芯圆柱壳的自由振动分析发展了波有限元法.首先基于自由波的传播规律,建立了点阵夹芯圆柱壳胞元的二维波有限元控制方程,相比于全尺寸有限元模型,显著缩减了控制方程的自由度规模;其次,基于Neumann级数推导了约束动刚度矩阵... 详细信息

针对点阵夹芯圆柱壳的自由振动分析发展了波有限元法.首先基于自由波的传播规律,建立了点阵夹芯圆柱壳胞元的二维波有限元控制方程,相比于全尺寸有限元模型,显著缩减了控制方程的自由度规模;其次,基于Neumann级数推导了约束动刚度矩阵求逆的显式表达式,不仅可以提高计算效率,而且使得固有频率从控制方程中分离出来,从而将点阵夹芯圆柱壳的固有频率求解转化为单个胞元自由度规模的二次特征值问题;最后,根据结构振动模态与自由波的关系,给出了圆柱壳轴向和周向的波传播参数的表达式,进而求得点阵夹芯圆柱壳的固有频率和模态.数值算例考虑了多种边界条件下的点阵夹芯圆柱壳自由振动问题,验证了该方法的正确性和高效性.

关键词：点阵夹芯圆柱壳自由振动波有限元波传播

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低速冲击载荷下金属点阵夹芯板的动态响应分析

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应用力学学报 2014年第5期31卷 782-788,835页

作者：韩宾于渤秦科科张钱城慈军耿丽西安交通大学轻质结构和材料多学科研究中心西安710049 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院佛山528300 东莞市永强汽车制造有限公司东莞523407

采用ANSYS/LS-DYNA商用有限元程序,首次比较了波纹夹芯板、方孔蜂窝夹芯板、三角形蜂窝夹芯板、金字塔夹芯板四种典型点阵金属夹芯板受刚性物块低速冲击时的动态行为,以考察点阵金属夹芯结构的动态响应及抗冲击性能。刚性物块的冲击速... 详细信息

采用ANSYS/LS-DYNA商用有限元程序,首次比较了波纹夹芯板、方孔蜂窝夹芯板、三角形蜂窝夹芯板、金字塔夹芯板四种典型点阵金属夹芯板受刚性物块低速冲击时的动态行为,以考察点阵金属夹芯结构的动态响应及抗冲击性能。刚性物块的冲击速度范围取75~150m/s,对每种夹芯板选取芯体与上层面板的连接点及连接点之间的空隙两个典型位置进行了冲击模拟。经过分析得出了不同点阵夹芯板的变形机制和吸能特性。结果表明:在刚性物块的冲击过程中,密度大、强度高的面板(上层)主要发挥抗剪切作用,密度低、强度低的芯体主要是通过自身屈曲、起皱等变形消耗刚性物块的动能,抗剪切能力相对较差;在四种点阵夹芯板中,波纹夹芯板的最大挠度和变形区域都是最小的,表现出了最好的抗冲击性能。

关键词：罐车罐体点阵夹芯抗冲击数值模拟能量吸收

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点阵夹芯圆柱壳抗屈曲性能模拟研究

点阵夹芯圆柱壳抗屈曲性能模拟研究

作者：张华哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

点阵夹芯结构是指由两层蒙皮及中间点阵桁架组成的夹层结构,具有轻质高强、减震及隔热性能好、比模量高、可设计性好等优点,广泛应用于航空航天、船舶、建筑等诸多领域。本文通过建立参数与性能的关系,使用有限元分析方法讨论不同点阵... 详细信息

点阵夹芯结构是指由两层蒙皮及中间点阵桁架组成的夹层结构,具有轻质高强、减震及隔热性能好、比模量高、可设计性好等优点,广泛应用于航空航天、船舶、建筑等诸多领域。本文通过建立参数与性能的关系,使用有限元分析方法讨论不同点阵参数的金字塔、四面体及KAGOME结构圆柱壳在外载作用下抗屈曲能力的差异。推导出了三种结构点阵单胞相对密度及等效模量与结构参数的关系式,并通过实验进行了验证。使用ANSYS workbench对点阵夹芯圆柱壳进行轴压及外压作用下的特征值屈曲分析,通过正交试验探求圆柱壳蒙皮厚度、单胞数量及杆件粗细对其结构整体抗屈曲能力的影响情况。在轴压及外压作用下夹芯圆柱壳的临界屈曲载荷与三种结构参数均成正相关,轴压作用下,圆柱壳的蒙皮厚度为影响其抗屈曲能力及承压效率的主要因素,芯子的作用十分微弱,三种点阵结构的抗屈曲能力差别不大,蒙皮厚度为3mm的圆柱壳抗屈曲能力明显强于蒙皮厚度为1mm和2mm时。外压作用下,圆柱壳蒙皮厚度的影响依然可观,但此时单胞数量及杆粗的影响也不容忽视,点阵单胞中杆件与蒙皮夹角为45°时,夹芯单胞拥有最高的等效模量,三种结构中,四面体结构拥有最佳的抗外压屈曲性能,点阵参数为蒙皮厚度3mm,单胞数量200个,杆粗4mm的夹芯圆柱壳临界载荷及承压效率最高。单胞数量为20×10,杆粗2mm的四面体点阵夹芯圆柱壳在蒙皮厚度大于3mm时,承压效率开始下降。在热载荷下,热屈曲的部位为热量集中最明显的外蒙皮,所以增多杆件数量或加粗杆件等一些利于换热的手段都会有效增强结构的抗热屈曲性能,相对的会减弱夹芯圆柱壳的隔热能力,影响结构抵抗热屈曲能力的主要参数为单胞数量,其次为杆粗,最后是蒙皮厚度。同时四面体结构的隔热能力最好,而KAGOME结构拥有最好的抗热屈曲性能。在热力耦合分析中,外压、轴压及热载荷等外载作用强度方差分析的F比分别为14.255、2.158、1.547,外压的作用最容易使圆柱壳发生屈曲,而热载荷及轴压的作用强度较低。

关键词：点阵夹芯圆柱壳屈曲有限元分析

高温合金点阵夹芯翼舵压力气氛充型凝固与性能研究

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高温合金点阵夹芯翼舵压力气氛充型凝固与性能研究

作者：周青波哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着航空航天事业的发展,高温性能优异的镍基高温合金得到了越来越广泛的应用。高温合金点阵夹芯翼舵作为一种新型翼舵结构,使用高温合金增强了其高温服役性能,同时点阵夹芯结构满足翼舵轻质、高强的设计要求。本文以K418合金为研究对象... 详细信息

随着航空航天事业的发展,高温性能优异的镍基高温合金得到了越来越广泛的应用。高温合金点阵夹芯翼舵作为一种新型翼舵结构,使用高温合金增强了其高温服役性能,同时点阵夹芯结构满足翼舵轻质、高强的设计要求。本文以K418合金为研究对象,结合熔模精密铸造工艺,利用数值模拟对点阵夹芯翼舵的浇注系统进行优化设计,同时为解决大面壁薄壁件的缺陷问题,探究了真空及不同压力气氛条件对铸件充型凝固过程影响和加压凝固对铸件致密度和组织力学性能影响。本课题首先对5mm薄壁板件进行研究,设计了底注阶梯式和底注缝隙式两种浇注系统,利用数值模拟对其充型凝固过程进行模拟,最终选用充型平稳、铸件缩松率低,变形量小的底注缝隙式浇注系统分析其真空及压力气氛下的充型凝固特征,结果表明:随着压力的增加,板件充型速度变慢,充型更加平稳,铸件缩松率减小。接着分别在真空及压力气氛条件下浇注5mm薄壁板件,并对铸件致密度和组织力学性能进行分析。结果表明:加压工艺试样的密度较大,晶粒尺寸细小且分布均匀,一次枝晶间距小于真空工艺试样,加压工艺试样的屈服强度高于真空工艺试样,但延伸率低于真空工艺试样,加压工艺铸件整体性能优异。针对点阵夹芯翼舵的特殊结构,本文设计了顶注、倾斜、平躺以及底注缝隙式四种浇注系统,利用数值模拟对浇注系统进行优化设计,针对四种浇注系统分别设计了钝角注入顶注缝隙式、倾斜雨淋/底注缝隙式、中间注入平躺缝隙式和倒立底注缝隙浇注方案,优化设计后的浇注方案保证了充填的平稳性和顺序性,凝固过程中铸件变形量小,缩松率低。在此基础上研究了压力气氛对点阵夹芯翼舵充型凝固过程的影响。结果表明:压力气氛下,液体充型受气体背压的影响,流速减慢,充型更平稳,但对于点阵夹芯翼舵复杂结构而言,流速过慢导致铸件浇不满风险增加;凝固过程中,加压工艺铸件的缩松率总体小于真空工艺铸件的缩松率。

关键词：高温合金点阵夹芯翼舵压力气氛

3D-Kagome点阵夹芯板的力学性能研究

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3D-Kagome点阵夹芯板的力学性能研究

作者：郑华勇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

Kagome点阵夹芯结构是近年来提出的一种力学性能十分优异的新型点阵夹芯结构。与四面体型、金字塔型点阵芯子结构相比,3D-Kagome芯子结构具有更高的强度和更好的抗屈曲性能,同时表现出更好的各向同性特性。本文将芯子杆件单胞等效成相... 详细信息

Kagome点阵夹芯结构是近年来提出的一种力学性能十分优异的新型点阵夹芯结构。与四面体型、金字塔型点阵芯子结构相比,3D-Kagome芯子结构具有更高的强度和更好的抗屈曲性能,同时表现出更好的各向同性特性。本文将芯子杆件单胞等效成相同几何尺寸的实体单胞,建立了芯子结构的有效性能计算模型。利用等应变理论,推导出该结构在面外载荷和横向剪切载荷作用下的等效屈服强度和刚度。利用材料力学相关知识,导出Kagome芯子的弹塑性失稳时的临界应力,并绘制出芯子的剪切屈服和失稳破坏图。对Kagome、四面体和蜂窝芯子的刚度、塑性屈服、弹性屈曲强度进行了比较研究,评价了各种结构性能的优劣。建立了3D-Kagome点阵夹芯板在理想冲击载荷作用下的分析模型,将含有大量周期性单胞的芯子等效为实体结构,给出了芯子的等效强度和刚度,并建立了Kagome芯子的等效本构关系。采用瞬态动力学分析软件***,模拟了Kagome夹芯板在理想冲击载荷作用下的响应,给出了结构的位移、速度及有效应力在整个时域上的响应曲线。研究了板的最大挠度随芯子相对密度、芯子的厚度参数和冲击载荷大小的变化规律,得出了该结构抵抗冲击的最优化设计方案。与相同重量的实体板比较,发现3D-Kagome点阵夹芯板在抵抗冲击、能量吸收和耗散等方面具有很大的优势。利用有限元分析软件***,对一种典型的3D-Kagome点阵夹芯板进行了固有频率和模态分析,得到了结构的低阶自由振动频率和模态,发现结构的振动具有梁和板的振动特性。以Kagome芯子杆件的半径和面板厚度为设计变量,分别以夹芯结构的频率最大化和重量最小化为目标进行了优化设计,得到了不同重量参数下,夹芯板的前两阶固有频率随杆件半径和芯子相对密度的变化曲线,分析了影响结构振动特性的各种因素。对典型的Kagome点阵夹芯板做出了进一步的优化,降低了结构的重量,并给出了最佳参数匹配值。

关键词：点阵夹芯 Kagome 等效性能冲击固有频率优化设计

受气动力作用的点阵夹芯梁压电分流阻尼振动控制

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受气动力作用的点阵夹芯梁压电分流阻尼振动控制

作者：潘政旭沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

随着航空航天产业的发展,人类对飞行器各种性能的要求也越来越高,尤其是对飞行器的飞行速度,传统的低速飞行器已经远远不能满足人类的各种需求,随着科技的不断进步,超声速、高超声速飞行器应运而生,但是随之而来气动弹性问题也随之产生... 详细信息

随着航空航天产业的发展,人类对飞行器各种性能的要求也越来越高,尤其是对飞行器的飞行速度,传统的低速飞行器已经远远不能满足人类的各种需求,随着科技的不断进步,超声速、高超声速飞行器应运而生,但是随之而来气动弹性问题也随之产生,这是由于飞行器在飞行过程中受到空气动力的影响,这将使飞行器本身的结构产生了弹性变形,这种弹性变形又作用于空气动力,从而又导致进一步的弹性变形,这样就形成了气动弹性现象,气动弹性问题归根结底是力与力之间的耦合问题。气动弹性对飞行器的各种性能会产生显著影响。本文主要对受气动力作用的点阵夹芯梁进行了振动的被动控制研究。第二章中主要对含有压电片的金字塔点阵夹芯梁进行了动力学建模,在建模过程中考虑了上下面板和压电片的弯曲变形以及芯层的剪切变形,在建立系统的运动方程中主要采用假设模态法和Hamilton原理,最后经过变分运算得到含有压电片的金字塔点阵夹芯梁的运动学方程。第三章中主要基于第二章含压电片的金字塔点阵夹芯梁模型的基础上,对此模型增加了气动力的作用,其中非定常气动力采用超声速活塞理论模拟,通过改变气动力的大小,在MATLAB仿真过程中观察气动力对金字塔点阵夹芯梁固有频率、位移、角速度等的影响。第四章主要利用压电分流阻尼进行振动控制,这主要是利用压电材料将机械能转变为电能,然后由分流电路将这部分能量消耗掉,这样就能达到抑制振动的作用,最后进行了MATLAB数值仿真,验证了振动抑制效果。

关键词：点阵夹芯气动弹性假设模态法压电分流阻尼

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点阵夹芯圆柱壳自由振动分析的波有限元方法

点阵夹芯圆柱壳自由振动分析的波有限元方法

第十五届全国振动理论及应用学术会议（NVTA2023）

作者：高汝鑫韩少燕

针对点阵夹芯圆柱壳的自由振动分析发展了波有限元法。首先基于自由波的传播规律,建立了点阵夹芯圆柱壳胞元的二维波有限元控制方程,相比于全尺寸有限元模型,显著缩减了控制方程的自由度规模;其次,基于Neumann级数推导了约束动刚度矩阵... 详细信息

针对点阵夹芯圆柱壳的自由振动分析发展了波有限元法。首先基于自由波的传播规律,建立了点阵夹芯圆柱壳胞元的二维波有限元控制方程,相比于全尺寸有限元模型,显著缩减了控制方程的自由度规模;其次,基于Neumann级数推导了约束动刚度矩阵求逆的显式表达式,不仅可以提高计算效率,而且使得固有频率从控制方程中分离出来,从而将点阵夹芯圆柱壳的固有频率求解转化为单个胞元自由度规模的二次特征值问题;最后,根据结构振动模态与自由波的关系,给出了圆柱壳轴向和周向的波传播参数的表达式,进而求得点阵夹芯圆柱壳的固有频率和模态。数值算例考虑了多种边界条件下的点阵夹芯圆柱壳自由振动问题,验证了本文方法的正确性和高效性。

关键词：点阵夹芯圆柱壳自由振动波有限元波传播

来源： cnki会议评论

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非均匀点阵夹芯结构振动特性研究

非均匀点阵夹芯结构振动特性研究