夾芯結構
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-08
夾芯結構的實例教程
夾芯結構是一種層壓復合材料，由于其具有高比剛度和輕量化特點而廣泛應用。
最常見的夾芯結構包括兩層薄薄的外殼和一個由蜂窩狀或聚合物泡沫制成的夾芯，具有低密度和低模量的特點。高厚度的夾芯提供了更高的慣性矩，并提高了夾芯板的彎曲剛度。在另一種類型的夾芯結構中，夾芯是波紋形的，它可以被設計成各種幾何形狀，如三角形、梯形、正弦形和六角形的蜂窩形狀。這些波紋夾芯結構具有優越的減震能力和抗彎曲性能，應用于航空航天和海洋工程的綜合防護系統。已有報告對金屬波紋夾芯結構的彎曲性能進行了理論、實驗和數值研究。Seong等人從理論和實驗上研究了金屬波紋夾芯板的準各向同性彎曲行為。Valdevit等人通過實驗測量和數值計算，研究了波紋夾芯鋼板的橫向和縱向彎曲性能。
當面板和波紋夾芯都是由纖維增強復合材料(FRCs)制成時，波紋夾芯結構對結構應用可能更具吸引力。由于FRC波紋夾芯結構不僅比金屬波紋夾芯結構進一步減輕了重量，而且復合材料的可調力學性能更為波紋夾芯結構提供了更大的設計靈活性。然而，
熱壓成型、纏繞、拉擠、真空輔助成型等復合波紋夾芯結構的傳統制造工藝需要高壓釜或復雜的剛性模具，從而阻礙了復合波紋夾芯結構的廣泛應用。
展開 碳纖維金字塔點陣夾芯結構的制備模具有限元分析
在實驗過程中，模具需要加緊，力的大小會對模具產生影響，可能會造成傷害，在制造模具前，對模具進行有限元的分析是必要的，然后進行合理的改進，節約時間和金錢，我們取一個芯子的單胞進行受力分析，受力情況相同。
金字塔點陣夾芯結構（如圖1所示），其中，在設計模具的過程中，單胞芯子模具采用可拆分式，把單胞模具拆成3部分，方便脫模，但這里為了體現單胞芯子模具的真實效果，做成一體式，（如圖2所示）計算的效果是一樣的。
圖1 碳纖維金字塔點陣夾芯結構
圖2 金字塔點陣夾芯的芯子的單胞模具
把模型導入simsolid中，給定容差值，在芯子模具的前后表面添加固支約束，在上下左右表面添加垂直表面的載荷1000N,附屬性為結構鋼。（如圖3所示）
圖3 添加了邊界條件和載荷的單胞芯子模具
提交作業，分析計算結果（如圖4），可以看出，位移云圖中間部分的位移值最大，當載荷很大時，中間部分的變形相比其他的地方變形量大，造成試件的尺寸誤差。應對中間部分進行優化，可削減兩邊非主要表面和其他結構的接觸面積，增大兩邊的應力，達到近似相同的位移，來提高試件的精度。
總體來說，simsolid的對設計的前期來說效率很高，節約了大量時間，對于復雜的結構更是非常的有優勢。
圖4 單胞芯子模具的位移云圖
展開 Simsolid點陣夾芯結構計算.pdf
概述 本文采用 Altair Simsolid 軟件對某點陣夾芯結構分別進行模態、線性靜力計 算，并將計算結果與 Abaqus 軟件進行比較。
1、 問題描述
研究蜂窩夾芯結構的面板和芯子的脫膠損傷問題，蜂窩夾芯結構由上面板、下面板、膠膜及芯子組成，通過ANSYS進行數值模擬。以承受板芯剝離方向載荷并含脫膠的蜂窩夾芯板為算例，整個模擬的尺寸為100*100*14.1(mm)。上、下面板為8層層合板（厚度為8*0.15mm，其層合順序為[0/45/-45/90]s），并附加1層膠層（厚度為0.35mm），用殼單元模擬。中間為蜂窩芯子（厚度為12.5mm），其中芯子尺寸：邊長為2.75mm，高為12.5mm，厚度為0.05mm，缺陷直徑為30mm，用殼單元模擬。假定在整個結構的中心區域含有一個半徑為r的脫膠區域，計算中上面板加1Mpa的均勻拉力，下面板固支。其他面為自由邊界條件。其中，r根據自己建模的實際情況自定。
展開 空中爆載荷作用下復合材料泡沫夾芯板結構抗爆性能分析
作者：三木先生
1研究背景和意義：
在現代反恐戰爭中，軍用汽車經常會遭遇炸彈、炮彈、手榴彈或航彈等爆炸性武器的襲擊。爆炸是一種非常迅速的能量釋放過程，其發生時爆炸物質能在有限的空間和極短的時間內產生高壓的化學反應，并釋放出大量的能量和熱量沖擊作用到結構上。
隨著反裝甲武器裝備技術的發展，變得越來越精致，威力也越來越大，因此，采用一些新結構或新技術提高軍車的防爆性，減小對士兵的傷害已成為軍用車輛研究的重要組成部分。
“三明治”夾層結構是一種典型的裝甲防護結構，其由不同材料相互組合而成，并通過利用各個組分的性能特點達到整個結構性能最佳。按照所含芯體種類的不同，夾層結構大致可以分為五類：泡沫夾層、蜂窩夾層、波紋板夾層、點陣夾層和混合夾層結構，目前，常用的泡沫材料有開孔金屬泡沫、閉孔金屬泡沫、硬質聚醋泡沫等。與聚酷泡沫相比，金屬泡沫的剛度更高，使用溫度范圍更廣，并且具有較強的抗有機溶劑能力，因此受到人們的廣泛關注。
本文釆用適合求解爆炸、沖擊等強非線性動力問題的顯式有限元分析軟件LS-DYNA,研究空爆載荷作用下泡沫夾心結構的抗爆性能
2數值模型：
2.1 爆炸載荷仿真
根據爆炸點的位置不同，爆炸可以分為自由空中爆炸、近地面空中爆炸、地表面爆炸三種。本文研究的夾芯板主要考慮應用在軍用裝甲車的底盤上，因此爆炸類型選為地表面爆炸。目前，對爆炸問題的仿真研究多采用流固耦合方法，即ALE算法，但由于爆炸過程比較復雜，而算法需要同時建立空氣和炸藥網格，計算爆炸問題需要花費較長時間，并且占用大量的存儲空間。CONWEP方法一種可以高效計算爆炸荷載的算法，LOAD_BLAST關鍵字將其內嵌于軟件中，用戶可通過設置當量、炸點位置、起爆時間、單位制和爆炸類型直接對殼結構施加爆炸荷載。
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復雜鋪層結構模擬
對于反對稱鋪層（如 0/90）或夾芯結構，單元能準確描述彎 - 拉耦合效應和界面應力連續性。在兩層反對稱層合板的正弦載荷分析中，CSS8 單元預測的層間正應力（σ_z）分布與高階理論解高度吻合，可以便攜的揭示界面處的應力突變現象，為分層失效評估提供了關鍵依據。
[圖片]
1、 問題描述
研究蜂窩夾芯結構的面板和芯子的脫膠損傷問題，蜂窩夾芯結構由上面板、下面板、膠膜及芯子組成，通過ANSYS進行數值模擬。以承受板芯剝離方向載荷并含脫膠的蜂窩夾芯板為算例，整個模擬的尺寸為100*100*14.1(mm)。上、下面板為8層層合板（厚度為8*0.15mm，其層合順序為[0/45/-45/90]s），并附加1層膠層（厚度為0.35mm），用殼單元模擬。
對開式結構和蜂窩夾芯式結構 的概念先后由美國通用電氣和英國羅羅公司在 20 世紀 70 年代提出。對開式結構由兩片鈦面板和加強筋組成，在流體壓力和模具溫度的共同作用下實現葉片構件之間的擴散連接。而蜂窩夾芯式結構，是一種通過氨酯樹脂與外部面板進行連接而獲取風扇葉片的方法。但是針對以上結構提出的成形工藝在當時存在接頭強度差等若干問題，僅僅停留在概念上，并未得到實際應用。
前面展示的格柵加筋結屬于2D點陣夾芯結構，更為廣泛的是3D空間點陣夾芯結構。
當面板和波紋夾芯都是由纖維增強復合材料(FRCs)制成時，波紋夾芯結構對結構應用可能更具吸引力。由于FRC波紋夾芯結構不僅比金屬波紋夾芯結構進一步減輕了重量，而且復合材料的可調力學性能更為波紋夾芯結構提供了更大的設計靈活性。
6.DIGIMAT-MICROSS
DIGIMAT-MICROSS通過微機械材料模型，快速而高效地實現蜂窩夾芯結構的設計。此模塊專為蜂窩結構而設計，可以滿足風機葉片、機翼等夾芯結構的快速設計。
通過準靜態壓縮實驗，并結合非線性有限元模擬準靜態及沖擊態下梯度鋁蜂窩夾芯結構的變形情況及其力學性能，分析對比了相同質量下梯度鋁蜂窩夾芯結構在準靜態下的變形模式以及沖擊載荷下分層均質蜂窩結構和不同梯度率的分層梯度蜂窩結構的動態響應和能量吸收特性。
通過準靜態壓縮實驗，并結合非線性有限元模擬準靜態及沖擊態下梯度鋁蜂窩夾芯結構的變形情況及其力學性能，分析對比了相同質量下梯度鋁蜂窩夾芯結構在準靜態下的變形模式以及沖擊載荷下分層均質蜂窩結構和不同梯度率的分層梯度蜂窩結構的動態響應和能量吸收特性。
在舵面轉軸后方采用輕質的蜂窩夾芯結構可以減小配重質量。采用集中式配重可使配重安排在距轉軸較遠的操縱面前緣處，從而可減小配重質量，但其缺點是舵面偏轉時會影響局部外形。圖9是方向舵采用集中式配重的波音737-800飛機，圖10是方向舵集中式配重的放大圖。
圖8. 一種舵面分散式配重結構
圖9. 波音737-800飛機方向舵采用了集中式配重
圖10.
