發(fā)布時(shí)間：2021-01-25 12:44

　　在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中雷達(dá)隱身已經(jīng)成為航空飛行器的重要指標(biāo)。而在飛行器中蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)是作為減輕飛機(jī)重量的重要結(jié)構(gòu)材料,同時(shí)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)具有非常強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性。為了使作為蒙皮材料的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)具有電磁波吸收功能,需要對(duì)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)隱身一體化設(shè)計(jì),兼顧力學(xué)和吸波雙重設(shè)計(jì)指標(biāo)。上面板應(yīng)具有電磁波透射/承載功能,下面板具有電磁波反射/承載功能,蜂窩芯子通過(guò)掛壁或填充功能材料使其具有電磁波吸收功能。由于這種電磁吸波功能的引入,造成了蜂窩夾芯板幾何結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱(chēng)和材料體系的非對(duì)稱(chēng),進(jìn)而影響到蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。本論文重點(diǎn)研究非對(duì)稱(chēng)蜂窩夾芯板的抗沖擊性能。由于復(fù)合材料在動(dòng)態(tài)加載時(shí),材料強(qiáng)度會(huì)隨應(yīng)變率的變化而變化。首先用Cowper Symonds模型擬合了復(fù)合材料的強(qiáng)度隨應(yīng)變率變化的規(guī)律。然后利用LS-DYNA建立了非對(duì)稱(chēng)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的有限元模型,將擬合的結(jié)果引入到有限元模型中。利用建立的有限元模型研究了非對(duì)稱(chēng)蜂窩夾芯板在不同低速?zèng)_擊能量下的失效模式。仿真結(jié)果表明,在低能量范圍內(nèi),主要為上面板基體拉伸失效,蜂窩芯子屈曲,芯子和面板脫粘,芯子變形范圍只集中在沖擊區(qū)域內(nèi)。功能填充材料的引入會(huì)抑制面板的損傷... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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蜂窩夾芯板的構(gòu)成

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2在航空航天領(lǐng)域，由于飛行器在使用過(guò)程中需要克服自身重量產(chǎn)生的重力。因此，在飛行器的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)重量是設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。為了達(dá)到飛行器輕量化設(shè)計(jì)的目標(biāo)，需要可設(shè)計(jì)性好的輕質(zhì)高強(qiáng)材料來(lái)代替原來(lái)的金屬材料。而夾芯結(jié)構(gòu)的高比強(qiáng)度和比剛度非常適合現(xiàn)在飛行器的使用特點(diǎn)。目前，蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)材料主要應(yīng)用在飛行器的機(jī)翼和機(jī)身等部件上。比如，B-58高速轟炸機(jī)蜂窩夾芯材料的應(yīng)用面積達(dá)到外形面積的85%。同時(shí)，隨著各種先進(jìn)防空系統(tǒng)的發(fā)展，雷達(dá)偵測(cè)技術(shù)的提高，軍用飛行器被發(fā)現(xiàn)的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，飛行器在空中作戰(zhàn)中的生存面臨更大的危機(jī)。而如何提高飛行器的隱身性能，提高飛行器的突防能力，成為了各軍事大國(guó)研究的重點(diǎn)。飛行器隱身是通過(guò)控制和減縮飛行器的特征信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，隱身技術(shù)減少雷達(dá)等探測(cè)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)距離，從而減少了以特征信號(hào)為引信的制導(dǎo)武器的命中概率。提高了飛行器的生存能力、突防能力和作戰(zhàn)效能。同時(shí)飛行器隱身引發(fā)了空軍作戰(zhàn)樣式的變革。而在飛行器的隱身技術(shù)中主要有外形隱身技術(shù)、材料隱身技術(shù)、有源對(duì)消技術(shù)和無(wú)源對(duì)消技術(shù)等。其中，材料隱身技術(shù)一直是在隱身技術(shù)中占有舉足輕重的位置。而蜂窩夾芯板也經(jīng)常會(huì)用在飛行器的蒙皮結(jié)構(gòu)上。因此對(duì)蜂窩夾芯板的隱身設(shè)計(jì)就顯得尤為重要[1]。圖1-2B-58高速轟炸機(jī)為了提高飛行器的隱身性能，需要對(duì)作為飛行器蒙皮結(jié)構(gòu)的蜂窩夾芯板進(jìn)行結(jié)構(gòu)隱身一體化設(shè)計(jì)�，F(xiàn)代飛行器的吸波夾芯結(jié)構(gòu)材料至少由透射層、夾芯結(jié)構(gòu)和反射層三部分組成[2]。在蜂窩夾芯板的上面板采用具有透射電磁波性能的材料體系，如玻纖/環(huán)氧復(fù)合材料，透射層的作用是讓電磁波入射到夾芯結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。在蜂窩夾芯板的下面板采用具有反射電磁波性能的材料體系，如航空領(lǐng)域常用的碳

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3纖/環(huán)氧復(fù)合材料，反射層的作用是阻止電磁波入射到機(jī)體內(nèi)部。而在蜂窩芯子采用無(wú)電磁損耗的芳綸紙蜂窩，而不是采用金屬蜂窩，因?yàn)榻饘俜涓C具有電磁屏蔽和電磁波強(qiáng)反射性能，不利于電磁波的吸收。并且，為了增加芳綸紙蜂窩的電磁波損耗能力，利用蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性特點(diǎn)，在蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的芯子內(nèi)掛載或填充吸波功能材料[3,4]。圖1-3結(jié)構(gòu)隱身一體化蜂窩夾芯板蜂窩夾芯板在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)受到各種各樣的沖擊載荷，由沖擊載荷造成的損傷往往會(huì)使整個(gè)飛行器發(fā)生重大事故。而基于飛行器隱身功能考慮的結(jié)構(gòu)隱身一體化蜂窩夾芯板，主要作為飛行器的蒙皮材料，在使用過(guò)程中會(huì)遇到多種形式的沖擊載荷作用。嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞飛行器的氣動(dòng)外形，造成飛行器的墜毀。因此，針對(duì)由結(jié)構(gòu)隱身一體化而設(shè)計(jì)出來(lái)的非對(duì)稱(chēng)蜂窩夾芯板的抗沖擊性能研究就顯得格外的重要。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1夾芯結(jié)構(gòu)理論研究進(jìn)展Abrate[5]總結(jié)了以往學(xué)者在解析法方面對(duì)復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的研究，主要的解析方法有3種，分別是假設(shè)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)的彈簧-質(zhì)量模型、簡(jiǎn)化方式考慮結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的能量守恒模型和完全模擬結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)行為的模態(tài)疊加模型。Lin[6]等用離散彈簧質(zhì)量模型計(jì)算了夾芯板的沖擊響應(yīng)，得出了復(fù)合材料層合板和復(fù)合材料夾芯板在準(zhǔn)靜態(tài)壓痕和子彈沖擊下的變形、穿透和穿孔的解析解。從準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)得到?jīng)_擊阻抗的函數(shù)關(guān)系，并將其在高應(yīng)變率下進(jìn)行了調(diào)整。Rekatsinas[7]等使用三階樣條多項(xiàng)式近似厚度在平面內(nèi)和橫向位移，從而捕捉了厚夾層板中所有層間應(yīng)力的高度不均勻性，從而提出了三維分層理論。并且將分層理論集成到了Gauss-Lobatto-Legendre積分節(jié)點(diǎn)上，從而使沖擊仿真分析具有高度的空間收斂性和縮減顯式

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的非線性動(dòng)力本構(gòu)與沖擊損傷破壞行為[D]. 龍舒暢.華南理工大學(xué) 2018
[2]顆粒填充纖維增強(qiáng)復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及其夾芯結(jié)構(gòu)抗撞擊性能研究[D]. 鄔志華.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016



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