蜂窩結構
關注創建者：復合材料力學-君莫 創建時間：2022-01-03
蜂窩結構的視頻教程
蜂窩結構的實例教程
文章結合近二十年來相關論文的研究成果，從宏觀和細觀兩方面介紹了蜂窩結構設計的最新進展，為蜂窩結構力學、結構和材料等領域的研究提供了有意義的指導。
2 八種經典蜂窩結構的幾何特征和力學性能
文章總結了六邊形、三角形、正方向、圓形、凹角六邊形、雙v型、手性結構、星形等八種蜂窩結構的幾何特征和力學性能。這些傳統的蜂窩結構并不能適用于所有的應用場景。特殊應用場景迫切需要具有更高剛度/強度、更好的能量吸收能力和更寬的泊松比范圍的材料。在這些經典蜂窩材料的基礎上，更多的先進設計方案也在不斷提出。
3 宏觀尺度蜂窩結構設計
文章歸納了宏觀尺度上的三種蜂窩設計策略，即分層級策略、梯度策略和無序策略。
（1）分層級策略
通常分層級蜂窩結構由特殊的大尺寸單胞結構組成，其單胞內充滿小尺寸結構。如果大尺寸和小尺寸結構構型是一致的，這些蜂窩結構稱為自相似分層級蜂窩；否則，則是非自相似的分層級蜂窩。圖2展示了自然界生物材料中存在的多層級結構構型，圖3是多種構型的人造分層級蜂窩結構，圖4顯示了分層蜂窩和相應的常規經典蜂窩之間的機械性能對比。性能比率主要集中在1和6之間。由于分層設計，彈性模量，壓縮強度和比能量吸收均有大幅提升，研究表明，受生物材料啟發的分層級策略是提高傳統蜂窩力學性能的有效途徑。通過調整小尺度結構的材料分布和順序等分層級參數，可以進一步增強分層級蜂窩的力學性能。
展開 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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點擊以下鏈接觀看全自動紙蜂窩制造過程：
全自動蜂窩紙板生產線
點擊以下鏈接觀看航空紙蜂窩切削加工：
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 還在為了成百上千個蜂窩單元手動建模？
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對于復雜的蜂窩芯結構，如何實現高效率、參數化的自動生成與強度分析？
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課程主題：蜂窩結構自動建模與靜力分析
直播時間：3月25日（周三）晚20:00
報名方式：掃描文末二維碼，入群預約
課程核心內容：
? 蜂窩結構參數化幾何建模思路
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講師介紹：
兵哥講力學 | 北京航空航天大學飛行器設計博士，前航空工業工程師
十年一線經驗：深度參與飛行器產品研發，精通結構設計、結構優化、疲勞損傷、斷裂等方向。
軟件專家：精通Abaqus、Ansys等主流仿真工具。
展開 蜂窩材料結構的拓撲特性，比如節點的數量、聯結度以及孔洞的數量和形狀，能在很大程度上決定蜂窩材料的聲學、電學、力學和光學等屬性。正因如此人們可以通過改變蜂窩的幾何結構(而不是其組成材料)來改變其整體屬性，從而給材料設計提供更大的空間。然而現有的利用溶脹、電磁驅動、力學失穩等宏觀力場來調控蜂窩結構形貌的方法，很難改變其上述拓撲特性。原因在于改變結構拓撲性質，一方面需要非常精細的局部力場在每個節點的周圍精準地折疊、拉伸和組裝每個壁，另一方面這類劇烈形變往往需要克服很大的結構阻力。
近日，哈佛大學Aizenberg組和Bertoldi組合作提出了一種只用一滴液體就能快速穩定反復可逆地改變蜂窩微結構拓撲特性，從而進一步調控材料特性的方法。該成果以Liquid-induced topological transformations of cellular microstructures為題發表在《Nature》上。本文的共同第一作者李姝聰和鄧博磊均為哈佛大學在讀博士生，本科分別畢業于清華大學化學系和浙江大學機械工程系。
液體在蒸發時會在結構表面形成氣液彎界面從而產生毛細力，一般情況下毛細力非常弱小不足以讓固體結構發生變形。但如果結構非常柔性，就有可能被毛細力變形甚至組裝。舉一個生活中的例子，被水浸濕的頭發之所以會粘成一股，是因為在柔弱的發絲之間的毛細力作用將它們粘連到了一起。
展開 有個朋友需要使用Creo建模蜂窩結構，他怎么無法實現自己想要的結果，于是咨詢我如何創建蜂窩結構，今天就簡單介紹如何實現蜂窩結構建模并以此介紹填充陣列中的一個技巧，以下圖為例簡單介紹。
方法：
1.點擊拉伸，在FRONT平面繪制如下圖所示的草圖。
設置拉伸深度為20。
2.點擊拉伸，選擇模型的上表面作為草繪平面，繪制如下圖所示的草圖和尺寸。
設置拉伸高度為20，激活加厚草繪按鈕，設置厚度值為5，如下圖所示。
3.選中上一步額拉伸特征，點擊“陣列”，類型選擇“填充”，如下圖所示。點擊“參考”選項卡，點擊定義，選擇模型的上表面作為草繪平面，進入草繪環境。
繪制如下圖所示的草圖。
完成后退出草繪環境。
4.選擇“以六邊形陣列分隔各成員”，設置成員間隔為40，距草繪邊界的距離為20，如下圖所示。
點擊勾號，完成后如下圖所示。我想大家對這個結果都很驚訝，驚訝得到的結果竟然是這樣的，完全出乎意料。
5.如何解決呢？我們可以在模型樹中展開陣列特征，找到截面1特征，如下圖所示。
進入草繪環境之后，點擊“草繪設置”按鈕，如下圖所示。
設置參考方向由左改為上或者下，如下圖所示。
6.點擊勾號我們就可以得到自己想要的結果，如下圖所示。
文章來源：proe知識
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課程主題：蜂窩結構自動建模與靜力分析
直播時間：3月25日（周三）晚20:00
報名方式：掃描文末二維碼，入群預約
課程核心內容：
? 蜂窩結構參數化幾何建模思路
? 蜂窩芯Python語言自動生成
? 蜂窩結構整體靜力分析
講師介紹：
兵哥講力學 | 北京航空航天大學飛行器設計博士
一、 核心理論框架
結構本構： 采用三階剪切變形理論（TSDT），精準計及蜂窩軟芯等夾層結構的橫向剪切效應，避免一階理論（FSDT）的非保守性誤差。
氣動模型： 基于超聲速一階活塞理論。
數值離散： 采用梯形/任意四邊形域等參映射，結合算子化微分求積法（DQM），以極少的網格節點實現高精度全局離散，徹底消除有限元長寬比災難。
一、機械結構：穩如磐石，測試基準可靠
超和高剛性與抗振性
采用 HT300/400 高強度鑄鐵或鑄鋼，經充分時效處理消除內應力；加厚面板搭配密集井字 / 蜂窩加強筋結構，受力變形小、振幅低，可有效抑和制電機高速運轉、突變負載帶來的振動干擾，保證測試基準穩定。
一、項目簡介
某鋼廠濕式電除塵項目為蜂窩式濕電結構，進氣方式為下側進氣，殼體內含有分布板及陽極管束、噴淋層等，該種結構對氣流均布性需求較高，對整臺項目做CFD氣流模擬，從而得出最優的氣流均布方案。
[圖片]
研究目的：利用comsol with MATLAB仿真超彈性材料三維蜂窩網格結構承壓后的穩態效果
模型介紹：利用固體力學和陣列來實現該仿真。
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。
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四、結果對比
1、從結果看，厚2.4mm，殼單元與實體單元分析結果差異較小；
2、厚度9.6mm，屬于大變形范圍，殼單元與實體單元應力差異較大，變形差異較小；
3、此實例結果僅供參考，實際過程產品結構不會這么簡單，存在實心區域，蜂窩結構
使用本腳本，可助你快速在abaqus中建立蜂窩鋁板結構，參數包括蜂窩鋁板的長，寬，高以及外接圓半徑，上下板的厚度，視頻中為使用說明。
視頻下方附有腳本文件，大家可以自行下載參考學習！
采用拉伸命令，將二維模型拉伸為三維蜂窩狀結構。
將模型導出為IGES格式文件并導入到ANSYS Workbench內。
