本文關(guān)鍵詞：塑料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的成型方法和抗彎性能研究

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【摘要】：蜂窩夾層結(jié)構(gòu)隨著航空航天事業(yè)技術(shù)的進(jìn)步而迅速發(fā)展,是一種高效結(jié)構(gòu)材料。該結(jié)構(gòu)在剛度、強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、隔音隔熱、抗震、減重等方面具有優(yōu)異的性能,現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用到建筑、飛機(jī)、汽車、船舶等各方面。本文主要研究塑料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的新型成型方法和抗彎性能,運(yùn)用塑料蜂窩夾層板生產(chǎn)機(jī)組,通過擠出、模壓的成型方法制備新型塑料蜂窩夾層板,詳細(xì)說明了夾層結(jié)構(gòu)的成型機(jī)制和模具的設(shè)計。通過測試和Workbench有限元分析的方法研究蜂窩夾層板的抗彎性能,改變蜂窩夾層板的胞元壁厚、胞元內(nèi)邊長、芯層高度和蒙皮厚度,研究這些尺寸參數(shù)對蜂窩夾層板等效彈性模量和比模量的影響規(guī)律,比較在不同尺寸參數(shù)下橫向和縱向的整體抗彎性能。變化蜂窩的夾角,設(shè)計梯度壁厚,研究蜂窩角度和梯度壁厚對芯層面內(nèi)橫向和縱向彈性模量的影響。最后運(yùn)用代理模型的多目標(biāo)優(yōu)化方法,對塑料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。研究表明,正六邊形蜂窩夾層板縱向的抗彎彈性模量高于橫向的抗彎彈性模量,且差異性隨著蜂窩胞元壁厚邊長比的增加而增加;胞元壁厚的增加引起蜂窩夾層板等效彈性模量增加而比模量下降;隨著蒙皮厚度的增加,等效彈性模量增加,比模量先上升后下降;隨著胞元內(nèi)邊長的增加,等效彈性模量減小,比模量先上升后下降;蜂窩芯層高度的增加引起抗彎剛度EI顯著增加,比模量先增大后減小,在芯層高度為5 mm時,比模量達(dá)到峰值。蜂窩面內(nèi)彈性模量對角度的變化十分敏感:隨著角度的增加,面內(nèi)橫向彈性模量迅速下降,而縱向彈性模量增加,蜂窩芯面內(nèi)彈性模量橫向和縱向差異性發(fā)生較大變化。當(dāng)θ=30°時,各向差異性較小,當(dāng)θ=15°時,橫向彈性模量比縱向的強(qiáng);當(dāng)θ=45°,縱向彈性模量比橫向的強(qiáng)。梯度壁厚對蜂窩面內(nèi)彈性模量有一定的影響,適當(dāng)?shù)奶荻戎笖?shù)對面內(nèi)彈性模量有增強(qiáng)作用,反之則有減弱的作用。以彈性模量最大,相對密度最小為優(yōu)化目標(biāo),基于代理模型對蜂窩夾層板的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)智能優(yōu)化分析,獲得的最優(yōu)解使彈性模量增加了19.9%,而相對密度僅增加了2.1%。
【關(guān)鍵詞】：塑料蜂窩 夾層結(jié)構(gòu) 成型方法 抗彎性能 多目標(biāo)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ320.7;TB383.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 物理量符號及名稱11-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 引言12-13
• 1.2 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的概述13-17
• 1.2.1 蜂窩夾層板的結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.2 蜂窩夾層材料的應(yīng)用14-15
• 1.2.3 蜂窩材料的制備15-16
• 1.2.4 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和失效形式16-17
• 1.3 蜂窩結(jié)構(gòu)的性能研究和等效理論17-20
• 1.3.1 蜂窩結(jié)構(gòu)性能研究17-19
• 1.3.2 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的等效理論19-20
• 1.4 蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和輕量化設(shè)計20-21
• 1.5 本文工作21-22
• 1.5.1 研究目的21
• 1.5.2 本文內(nèi)容21-22
• 1.6 本章小結(jié)22-23
• 第二章 塑料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的成型方法和實(shí)驗(yàn)23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 塑料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)成型方法23-29
• 2.2.1 塑料蜂窩夾層板生產(chǎn)機(jī)組的控制和調(diào)速23-24
• 2.2.2 單螺桿擠出機(jī)24-25
• 2.2.3 三輥模壓機(jī)25
• 2.2.4 蜂窩芯與上蒙皮貼覆25-26
• 2.2.5 塑料蜂窩成型模具結(jié)構(gòu)26-28
• 2.2.6 牽引系統(tǒng)和剪切機(jī)28-29
• 2.3 塑料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制備實(shí)驗(yàn)29-34
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)材料29
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備29-31
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟31-34
• 2.4 塑料蜂窩夾層板的測試34-37
• 2.4.1 測試方法和步驟34-35
• 2.4.2 測試結(jié)果分析35-37
• 2.4.3 破壞形式分析37
• 2.5 本章小結(jié)37-39
• 第三章 蜂窩芯等效彈性參數(shù)計算及夾層結(jié)構(gòu)仿真實(shí)驗(yàn)39-56
• 3.1 引言39
• 3.2 蜂窩芯等效彈性參數(shù)研究39-46
• 3.2.1 六邊形蜂窩Y模型39-41
• 3.2.2 面內(nèi)橫向彈性模量E_(cx)41-43
• 3.2.3 面內(nèi)縱向彈性模量E_(cy)43-45
• 3.2.4 面外彈性模量E_(cz)45-46
• 3.3 不同角度蜂窩的面內(nèi)彈性模量和相對密度的數(shù)值計算46-49
• 3.4 塑料蜂窩夾層板有限元仿真實(shí)驗(yàn)49-54
• 3.4.1 三維建模49-50
• 3.4.2 網(wǎng)格劃分50-53
• 3.4.3 設(shè)置接觸和施加載荷53-54
• 3.4.4 結(jié)果后處理54
• 3.5 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比54-55
• 3.6 本章小結(jié)55-56
• 第四章 塑料六邊形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)抗彎性能研究56-75
• 4.1 引言56
• 4.2 正六邊形蜂窩夾層板整體抗彎性能研究56-66
• 4.2.1 正六邊形蜂窩夾層板橫向和縱向的抗彎性能比較56-58
• 4.2.2 胞元壁厚對蜂窩夾層板抗彎性能的影響58-61
• 4.2.3 蒙皮厚度對蜂窩夾層板抗彎性能的影響61-63
• 4.2.4 胞元內(nèi)邊長對蜂窩夾層板抗彎性能的影響63-64
• 4.2.5 芯層高度對蜂窩夾層板抗彎性能的影響64-66
• 4.3 蜂窩芯層面內(nèi)剛度研究66-74
• 4.3.1 不同夾角的六邊形均勻壁厚蜂窩芯層面內(nèi)剛度研究66-69
• 4.3.2 梯度壁厚蜂窩芯層面內(nèi)剛度研究69-74
• 4.4 本章小結(jié)74-75
• 第五章 基于代理模型的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計75-84
• 5.1 引言75
• 5.2 多目標(biāo)優(yōu)化問題描述75
• 5.3 代理模型的構(gòu)建75-80
• 5.3.1 試驗(yàn)設(shè)計76
• 5.3.2 代理模型構(gòu)造方法76-77
• 5.3.3 代理模型的評價77-79
• 5.3.4 基于代理模型的多目標(biāo)優(yōu)化模型79-80
• 5.4 結(jié)果分析與討論80-83
• 5.4.1 靈敏度分析80-81
• 5.4.2 pareto最優(yōu)解集81-83
• 5.5 本章小結(jié)83-84
• 全文結(jié)論與展望84-86
• 參考文獻(xiàn)86-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果92-93
• 致謝93-94
• 附件94

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