夾層的案例
一文了解蜂窩夾層結構制造、加工與有限元分析
蜂窩夾層結構是復合材料的一種特殊類型。由于這種輕型結構材料具有最優比強度 、比剛度 、最大抗疲勞性能 、表面平整光滑等特點 ,已在航空、航天領域得到較為廣泛地應用 。
蜂窩夾層結構實質上是由面板、蜂窩芯和膠黏劑3 種基本材料組合而成的復合材料 。常用的為鋁面板 - 鋁蜂窩夾層結構 、碳纖維面板 -芳綸紙蜂窩夾層結構 、玻璃纖維面板 - 玻璃纖維蜂窩夾層結構、 芙拉纖維面板 -Nomex 蜂窩夾層結構等。
從幾何形狀角度，最常見的蜂窩形式為正六邊形蜂窩，其他還有原型蜂窩、過拉伸蜂窩。其中過拉伸蜂窩在一個方向可以產生較大的彎曲變形，適用于曲率比較大的區結構。
六邊形蜂窩
過拉伸蜂窩
當然還有一些特殊的通過蜂窩結構來實現負泊松比效應的結構。
蜂窩的制造與加工
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全自動蜂窩紙板生產線
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飛行器蜂窩加工
蜂窩夾層結構有限元分析
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蜂窩夾層結構有限元分析一般分為兩種方法：
（1）宏觀等效夾層建模
（2）蜂窩細節建模
等效夾層建模指將蜂窩夾層等效為均勻的實體，而不建立蜂窩具體的晶格形狀。適用于整體結構剛度分析。
需要特別注意的是，在將蜂窩等效為均質實體時，務必采用三維實體單元模擬夾層，不可使用殼單元或連續殼單元，面板則使用殼單元、連續殼或者實體單元均可。
此類模型可以用于求解結構整體的變形。局部的細節應力應變表征誤差很大。
展開 用于飛機內飾夾層結構的高性能塑料Ultrason E.
用于飛機內飾的夾層結構制造成本高且快速：使用巴斯夫的聚醚砜Ultrason E，內飾飛機部件制造商現在可以向實現這一目標邁出一大步。
優點是可以在單個工具中將相同的熱塑性Ultrason加工成夾層結構的不同組件。這減少了循環時間并因此也降低了制造成本。夾層由泡沫芯和碳纖維層壓板組成，它們全部由Ultrason E制成。如果需要，帶有覆蓋層的熱成型泡沫芯可以用碳纖維增強的Ultrason E 2010 C6包覆成型，以包含增強材料，結構或其他功能元素融入三明治。30％碳纖維與無定形高溫塑料Ultrason的組合可確保輕質泡沫夾層在-100至+ 200°C的溫度范圍內具有非凡且恒定的機械性能。
夾層結構允許特別低的重量，同時保持高彎曲剛度。因此，該設計特別適用于飛機內部的應用，例如面板，側壁，行李箱，門，艙室分隔壁，以及手推車和烹飪模塊。由Ultrason E制成的泡沫已被批準用于飛機。該材料具有極高的極限氧指數38（根據ASTM D 2863），因其滿足商用飛機在可燃性和熱釋放（“火，煙，毒性”）方面的要求而不同阻燃劑，這意味著它本質上是阻燃劑。這就是為什么，例如，
與涂有酚醛樹脂的傳統蜂窩結構相比，以這種方式熱塑性制造的夾層部件具有許多優點：它們可以在自動化工藝中更快地生產，它們提供各種加工選擇，例如熱成型為不同的幾何形狀或包覆成型用于加固肋骨和額外的功能整合。由于具有額外功能的重量優化的熱塑性夾層結構，可以實現用于航空的新型輕質材料，與傳統的夾層結構相比，其具有改進的特性和顯著降低的成本結構。
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展開 美國密歇根州立大學Acta Materialia：原子尺度模擬鑄態鋁氧化膜夾層的形成與斷裂
由于鑄模的形狀復雜，在液態鋁填充鑄模時會產生較強的表面擾動，這種擾動會使氧化鋁薄膜折疊為納米尺度的氧化膜夾層(bifilms)，存在于最終的鑄件中。這種雙層氧化膜的形成和夾帶在鋁的鑄造過程中是不可避免的，并且嚴重影響鋁鑄件的最終力學性能，但是，由于現今對納米尺度氧化鋁薄膜進行原位觀察的能力受限，其形成過程或斷裂機制仍不清楚。
【成果簡介】
近日，美國密歇根州立大學的Yue Qi教授在Acta Materialia上發表了題為“Atomistic Simulation of the Formation and Fracture of Oxide Bifilms in Cast Aluminum”的文章。為理解不同的氧化膜夾層形成階段和時效過程中，氧化膜夾層對斷裂機制的影響，作者根據氧化膜夾層的形成歷史，建立了原子級的氧化膜夾層平板(slab)模型。在模擬不同類型的氧化膜夾層形成和形變時，使用了ReaxFF反應力場模擬。模擬顯示在氧化膜夾層形成過程中，在氧化物/氧化物界面處發生不完全的“愈合”過程，而在斷裂過程中，這種“愈合”現象發生在鋁單質/氧化物界面處。
【圖文導讀】
圖1：壓鑄鋁過程中氧化膜夾層形成和隨時間、溫度演化的示意圖。
圖2：建立不同形成歷史的氧化膜夾層結構的過程。
圖3：不同相的塊體氧化鋁結構的室溫體模量預測與論文實驗值對比。
展開 泡沫塑料夾層結構制造工藝技術
（3）泡沫塑料夾層結構制造
泡沫塑料夾層結構的制造方法有：預制粘接法、現場澆注成型法和連續機械成型法三種。
①預制粘接法
將蒙皮和泡沫塑料芯材分別制造，然后再將它們粘接成整體。預制成型法的優點是能適用各種泡沫塑料，工藝簡單，不需要復雜機械設備等。其缺點是生產效率低， 質量不易保證。
②整體澆注成型法
先預制好夾層結構的外殼，然后將混合均勻的泡沫料漿澆入殼體內，經過發泡成型和固化處理，使泡沫漲滿腔體，并和殼體粘接成一個整體結構。
③連續成型法
適用于生產泡沫塑料夾層結構板材。
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展開 
基于ABAQUS的CONWEP爆炸荷載動態加載下蜂窩狀網狀夾層結構變形數值模擬
因此總壓力定義為：
本例將以空氣爆炸產生沖擊波對蜂窩狀網狀夾層結構的影響為例展示其非線性分析能力。
幾何模型與網格劃分:
蜂窩狀網狀夾層結構幾何模型如圖2所示，夾層結構由方形蜂窩芯組成，垂直腹板焊接在頂板和底板上。整個夾層板結構的尺寸為610×610×61mm。 夾層結構位于X-Y平面中，而爆炸源在夾層結構的頂板的中心垂直上方（沿z方向）100mm。頂板和底板厚5毫米，方形蜂窩芯板厚0.76毫米，蜂窩網之間的間距為30.5mm。
由對稱性取四分之一進行建模，使用31×31×5個C3D8R單元將頂底兩個板離散化，蜂窩芯沿著芯的高度使用30層S4R殼單元，如圖3所示。
圖2 蜂窩狀網狀夾層結構幾何模型
圖3 網格劃分
模擬參數:
夾層結構的頂板和底板以及蜂窩芯實心板均由高延展性不銹鋼合金（Al-6XN）制成，由49％Fe，24％Ni，21％Cr和6％Mo組成[1]。
楊氏模量為MPa，泊松比為0.35，密度為公噸/mm3，膨脹系數為Nmm/公噸。
Johnson-Cook模型用于模擬彈塑性力學行為：
相變溫度為293K，熔融溫度為1800K。
初始條件、邊界條件、加載:
初始溫度為273K
假定對稱行為，只去四分之一的結構被建模，板的中心位于X-Y平面的原點。對于X=305mm和Y=305mm兩個平面固定所有自由度（ENCASTRE）；X=0平面設定為x軸對稱邊界條件（XSYMM），同理對于Y=0平面設定為YSYMM。
CONWEP爆炸載荷施加在板的頂部表面上，爆炸源位于垂直于板頂面中心距離為100mm的位置，加載3kgTNT爆炸荷載。
展開 LS-DYNA 在前風擋玻璃夾層結構建模中應用
通過殼單元的厚度積分規則進行復合材料夾層結構建模。
通常類似風擋玻璃等夾層結構，簡化為殼單元僅設置一個總厚度簡化處理，而本文根據實際夾層結構（各分層位置及厚度，甚至不同材料）來建立風擋夾層模型。
常規的殼單元卡片如下：
注：若IRID非0（在HyperMesh卡片中選擇“Int_Rule_ID”），則需要定義*INTEGRTION_SHELL（以ESOP=0為例說明）：
注解：
ESOP 為等積分點選項卡:
ESOP=0: 自定義積分點位置；
ESOP=1: 積分點位置依據等厚度均勻分布；
S為各積分點位置相對中面的占比
WF為各積分點位置的夾層厚度在殼單元總厚度中占比
以前風擋玻璃的厚度為4.8mm、中間夾層厚度為0.6816mm為例如下設置：
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展開 上海交通大學——復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優化設計研究
復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優化設計研究
夏利娟 余音 金咸定 上海交通大學 船舶與海洋工程學院結構力學研究所
摘要：以復合材料蜂窩夾層板結構作為研究對象，建立了多工況優化模型，對眾多的材料設計變量進行必要的取舍，通過優化分析確定復合材料蜂窩夾層板面板個分層的厚度以及蜂窩芯層的厚度等，使結構滿足相應的頻率約束、屈曲約束，以及強度約束、位移約束和尺寸限制等，同時達到結構得重量最輕。采用序列二次規劃法對某衛星的承力筒結構進行了優化設計，優化結果表明：在滿足其振動特性以及靜力學特性的條件下，復合材料蜂窩承力筒的各面板層厚度以及蜂窩芯層的厚度均有所減小，減重效果顯著，較好地實現了復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優化設計。
關鍵詞：蜂窩夾層板，振動，優化設計，復合材料
內容提示：
0 引言
1 優化模型的建立
2 復合材料蜂窩夾層承力筒結構的多工況優化設計
復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優化設計研究.pdf
展開 基于VUMAT復合材料夾層結構沖擊仿真
如果蜂窩夾層，載荷-時間曲線的噪點可能比較多：
這個時候可以對數據進行二次處理，進行濾波：
至此，本次分享結束。
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帶有軟弱夾層(Weak Layer)的三維采礦邊坡穩定性分析(3D Open Pit Analysis)
在二維極限平衡分析中，代表巖體不連續面的軟弱夾層(Weak Layer)具有一定厚度，作為一種獨立的材料，如下圖所示。當臨近邊坡面有軟弱夾層時，滑動面會沿著軟弱夾層擴展【復合滑動面(Composite Slip Surface)破壞模式；使用BLOCK算法搜索邊坡的最小滑動面】。在三維極限平衡分析中，僅把不連續面作為一個面，類似于界面元(Interface Element)，給不連續面賦值強度參數但不設置厚度，滑動面的路徑與二維分析相似。滑動面的搜索方法是極限平衡法的核心，當進行三維分析時，不必再區分是圓形滑動面還是非圓形滑動面。
3 應用實例
下圖所示的模型通過導入兩個surface建立，首先導入底層表面，代表"Hard Rock"，然后導入上層表面，代表邊坡"Rock"。輸入的平面代表不連續面"Weak Rock"。材料均采用Mohr-Coulomb模型。GLE/M-P的計算結果FOS=1.466。這個例子復制了【三維極限平衡巖石邊坡穩定性分析流程(PLE) [兩種地層+一個軟弱滑動面]】，主要檢查了軟弱夾層對安全系數的影響。
顯然軟弱夾層的空間位置和強度影響著滑動面的路徑和安全系數。當軟弱層的傾角由初始的35°改變為45°時，FOS=1.585,這意味著滑動面與軟弱面的相交部分減少；當把"Weak Rock"的粘結力由1kPa改變為10kPa時，FOS=1.469，這顯示出粘結力對安全系數的影響不大，相比之下，內摩擦角對安全系數的影響更大，當把Phi由25°改變為35°時，FOS=1.589。
4 結束語
采礦邊坡三維穩定性分析比二維穩定性分析的計算結果更準確，能夠揭示出更復雜的破壞機理。
展開 『分享』蜂窩夾層板的等效分析方法與應用
摘要：蜂窩夾層板由于其良好的性能在衛星結構設計中應用廣泛。在利用MSC/NASTRAN對衛星結構進行有限元計算時，必須對蜂窩夾層板進行預先的等效處理。本文對三種不同的等效方法進行了研究，即三明治夾心板理論、蜂窩板理論以及等效板理論。分別采用這三種等效方法，對某鋁蜂窩夾層板進行了模態分析，并將計算結果進行了比較分析。
新人求帶夾層板抗爆流固耦合分析入門
本人新人入門，課題是有關夾層板的抗爆分析，要用流固耦合，模擬一種夾層板在TNT炸藥下的抗爆性能，要用到流固耦合分析，付費求帶求做求畢業。
Cevotec將纖維貼片放置擴展到夾層結構，大型飛機結構，并與AFP相結合
自動化航空夾層結構
Cevotec開發了SAMBA Multi生產系統，通過將復雜的材料混合物（如粘合劑薄膜，玻璃纖維和碳纖維層）應用到常用的夾層芯（如鋁蜂窩）上，生產復雜的夾層結構組件。“SAMBA Multi生產系統能夠在一個系統中自動鋪設這種多材料混合物，” Cevotec 首席技術官Felix Michl 報道。除了玻璃纖維羊毛，金屬結構和木芯（例如輕木），SAMBA Multi還可以應用 負載調整的纖維補片增強材料蜂窩，泡沫和其他核心材料。根據工藝要求，這可以在線生產或與生產線并行完成，以優化循環時間。
SAMBA Multi具有平行單元，用于輸送不同的材料，然后精確地放置在3D夾芯或預成型工具上。通過將FPP單元安裝在線性軸上，該概念還可以為航空航天應用生產長而寬的部件。貼片夾具適用于特定的元件尺寸，可根據DIN-A5和DIN-A4尺寸進行調整，以滿足普通飛機部件的要求。集成的夾持站可在此過程中更換夾具。
“復雜三明治組件的自動化多層材料鋪設對加工時間和生產量產生了極為積極的影響，”Cevotec總經理Thorsten Groene解釋道。“通過控制壓力和熱量進行纖維沉積，可以避免中間壓縮，從而大大縮短加工時間。”Groene補充說，FPP可持續降低許多應用中的重復生產成本。“材料節省20-50％起主要作用，但FPP自動化通常可以進一步優化整個過程。“
SAMBA Multi也很容易擴展。Michl解釋說，同樣的過程每年都會產生幾百到幾千個單位。例如，這些是嶄露頭角的“飛行汽車”行業中的預期情景。 “由于快速變更系統和簡短設置時間，系統上的產品變更沒有問題，經濟上合理：在升級過程中，FPP系統的容量可用于多個組件。隨著數量的增加，機器園區擴大，系統變得更加專用。優勢：流程保持不變 - 無需新產品開發，也無需重新認證零件。
展開 西安交大：新型石墨烯夾層材料
論文《一種二維層狀g-C3N4/石墨烯復合型正極夾層增強鋰硫電池循環性能研究》發表在國際著名期刊《可持續能源材料化學》（ChemSusChem）并入選為封面文章。西安交大屈龍講師為第一作者，李明濤副教授為第一通訊作者，美國橡樹嶺國家實驗室戴勝教授為共同通訊作者。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.201802449
該工作創造性地設計了一種二維插層結構的g-C3N4/石墨烯夾層，如同在電池正負極之間構建了多層“防鯊網”，不僅能通過物理和化學雙重作用阻擋多硫化物在正負極之間穿梭，還能加快Li+的擴散，從而大大提升電池的循環壽命。該論文對提升鋰硫電池電化學性能及進一步實現產業化具有理論指導意義。
李明濤副教授課題組長期從事新一代二次電池正極材料及鋰離子電池固態電解質等材料的開發與應用，近期在著名國際期刊上發表SCI論文多篇。
來源：西安交大
展開 仿生波紋夾層結構建模插件 ￥120
華中科技大學：一種新型3D打印仿生波紋夾層結構三點彎試驗及失效分析
復合材料力學 | 原創作品 | 未經允許不得轉載
以下是付費插件及仿真案例。
復合材料夾層結構分析
復合材料夾層結構分析.ppt
