金屬蜂窩夾芯板力熱耦合作用下的數(shù)值模擬.pdf

1、金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)以其重量輕、比強(qiáng)度比剛度大、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),成為航空航天、船舶等領(lǐng)域中不可缺少的材料之一。在作為換熱器襯板、熱防護(hù)系統(tǒng)部件等工程應(yīng)用中,其力學(xué)性能不可避免地受到高溫影響,基于此本文對(duì)金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行常溫、高溫下的三點(diǎn)彎曲力學(xué)性能研究。本文主要工作如下:
　　 首先,闡述了蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的基本等效方法以及計(jì)算模型,從理論上分析了金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)在三點(diǎn)彎曲下的力學(xué)性能,推導(dǎo)出蜂窩芯子的等效剪切模量,分析了芯子剪切

2、應(yīng)力狀態(tài)。其次,應(yīng)用有限元軟件對(duì)金屬蜂窩夾芯板的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值仿真模擬,對(duì)比了蜂窩芯子的兩個(gè)排列方向?qū)Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響,考慮了網(wǎng)格劃分對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的影響,并對(duì)金屬蜂窩夾芯板進(jìn)行了等效模擬,分析了金屬蜂窩夾芯板與等效板之間的應(yīng)力狀態(tài)的差別。然后,通過兩端固支的金屬蜂窩夾芯板熱載荷下膨脹的數(shù)值模擬,以及高溫下金屬蜂窩夾芯板的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的數(shù)值模擬,分析了高溫.恒溫環(huán)境下,熱應(yīng)力、彈性常數(shù)對(duì)金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能所產(chǎn)生的影響,

3、并對(duì)常溫和高溫下的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了比較分析;最后對(duì)金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)分析,在滿足強(qiáng)度、剛度的前提下,以蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的面板厚度與芯子壁的厚度為設(shè)計(jì)變量,蜂窩夾芯板整體重量為目標(biāo)函數(shù),得到其重量最優(yōu)解。
　　 研究結(jié)果表明:對(duì)于鋼質(zhì)釬焊蜂窩夾芯結(jié)構(gòu),在三點(diǎn)彎曲載荷下,L向試件比W向試件的強(qiáng)度要高10％,芯子的剪應(yīng)力較之等效后均質(zhì)結(jié)構(gòu)試件的剪應(yīng)力要大,但滿足剪切強(qiáng)度要求;高溫彎曲中結(jié)構(gòu)主要以產(chǎn)生大變形而失效,呈現(xiàn)明顯的塑