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多层变尺度蜂窝的夹芯结构力学性能研究

徐阳  
【摘要】:蜂窝夹芯结构凭借其轻质高强、优异的隔热、隔音性能,在航空航天、机械工程、船舶等领域具有非常广泛的应用。目前,蜂窝夹芯结构的研究和应用均以单层蜂窝夹层板为主,而多层变尺度蜂窝夹芯结构方面的研究在国内外还鲜有报道。本文以三层蜂窝夹芯结构为例,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对多层蜂窝夹芯结构的力学性能进行研究和探讨,分析其力学性能随结构参数变化规律,为多层变尺度蜂窝的研究和设计提供参考。第一章对蜂窝夹芯结构的研究现状进行了综述,对其等效参数、平压性能和动态冲击性能研究进行了总结与讨论。第二章以单层蜂窝夹芯结构的理论模型为基础,然后利用等效理论推导了变尺度多层蜂窝夹芯结构的等效模量,此等效模量是各芯层厚度、芯层面内外弹性模量、面板厚度、面板弹性模量的函数。本章推导的多层蜂窝Z向弹性模量作为后续有限元模型计算值的预测。第三章首先利用ABAQUS有限元软件建立了三层蜂窝夹芯结构的有限元模型;然后基于该模型的模拟结果与上一章理论结果之间的对比,对多层蜂窝结构力学性能的理论预测结果进行了验证。本章对三层蜂窝结构参数的影响进行了相关研究,研究结果表明:随中间层占比的增大、蜂窝芯层胞孔尺寸的增加,该结构的等效弹性模量在逐渐降低。第四章以上一章建立的有限元模型为基础,对三层蜂窝夹芯结构的动态力学性能进行了分析,分别讨论了不同的芯层结构参数、不同冲击速度下该结构的性能表现:冲击速度与平台应力相关,而中间层占比主要影响变形过程的密实化阶段。此外,弹头形状对多层蜂窝夹芯结构抗侵彻性能的影响主要表现为:平头弹在侵彻过程中会消耗更多的能量;更高的冲击速度会使该结构吸收更多的冲击能量。


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