【摘要】：由多種復合材料加工而成的蜂窩夾層板結構,具有較高的比強度、比剛度特性。通過選取適當?shù)拿姘搴蛫A芯材料,蜂窩夾層板結構可以充分發(fā)揮出其優(yōu)良的承受拉伸、壓縮以及彎曲載荷的能力;另外,蜂窩夾層板結構還具有良好的吸聲、絕熱性能。在常用的蜂窩夾層板結構中,由于正六邊形蜂窩孔腔中都充滿密封的空氣,所以夾芯層實體部分所占夾芯層的總體積較小,這種特殊的結構構型使得蜂窩夾層板具有良好的隔熱、隔音性能。正因為這些特殊的性能,蜂窩夾層板結構被廣泛應用于航空、航天、汽車以及船舶等行業(yè)里。蜂窩夾層板夾芯胞元形狀以及總體結構尺寸變化,都會影響到其整體的力學、隔音及隔熱性能,因此十分有必要對不同種類的蜂窩夾層板結構進行相關探索。本文主要針對疏排圓形蜂窩層芯夾層板這一特殊構型結構的等效彈性力學參數(shù)、固有頻率、振動和傳聲損失方面展開了研究。首先,建立疏排圓形蜂窩夾層板層芯的理論模型,將圓形胞元夾芯層單獨進行研究,對夾芯板各個胞元間接觸方式和受力特點,通過合理化假設分析,得到夾芯層結構的等效模型,同時對等效模型進行力學分析計算,計算出等效模型的力學參數(shù),并通過ANSYS有限元分析軟件建模、仿真計算,與等效模型彈性力學參數(shù)的理論結果進行對比分析,驗證了該創(chuàng)新性等效研究方法的有效性。其次,采用Reissner夾層板理論,邊界條件設置為四邊簡支,建立該結構的振動控制理論模型,并利用Matlab數(shù)值分析軟件進行圓形蜂窩夾層板固有頻率計算,計算出該蜂窩夾層板結構的前十階固有頻率理論值。同時,利用CATIA三維建模軟件,建立了同尺寸蜂窩夾層板幾何模型,導入ANSA軟件進行前處理,再導入ABAQUS有限元分析軟件進行結構的振動模態(tài)模擬仿真,通過理論計算與仿真結果對比,驗證了該振動理論模型的合理性。重點探討了疏排圓形蜂窩夾層板結構參數(shù)對整體夾層板固有頻率的影響。另外,分析了疏排圓形蜂窩層芯夾層板結構的傳聲損失。利用聲學基礎和聲波傳播規(guī)律,進行疏排圓形蜂窩層芯夾層板結構入射和輻射聲壓聲功率的計算。在聲波垂直入射的條件下,建立了蜂窩夾層板結構的傳聲損失理論模型�；谏鲜隼碚撃Ｐ�,對本文疏排圓形蜂窩層芯夾層板的傳聲損失進行Matlab編程計算,進而得到了給定材料、結構參數(shù)、尺寸大小后蜂窩結構的傳聲損失曲線圖,緊接著分別研究了該蜂窩結構面板厚度、夾芯層高度、圓形胞元半徑和壁厚對整體蜂窩夾層板傳聲損失的影響規(guī)律。利用COMSOL中的聲-固耦合分析模塊,對相關文獻中正六邊形蜂窩夾層板進行建模、仿真計算,得到了與該文獻一致的結果,繼續(xù)針對本文中的疏排圓形蜂窩夾層板結構進行建模和聲學仿真計算。最后,制作疏排圓形蜂窩層芯夾層板的實驗試件,利用阻抗管法對試件進行了隔聲性能實驗。通過COMSOL多物理場耦合仿真與阻抗管實驗測試的方法,得到不同入射聲波頻率下該種構型蜂窩夾層板結構傳聲損失的基本變化規(guī)律。
【圖文】：

在人類偉大的科學文化發(fā)展進程中，科學家們的許多科研成就均來源于豐富多彩的大自然，蜂窩夾層板結構亦由此而來。在整個生物進化中，隨著不斷地適應各種惡劣復雜環(huán)境能力的提升，自然賦予了蜜蜂天生的筑巢本領。經(jīng)人們仔細觀察發(fā)現(xiàn)，蜜蜂所搭建的蜂窩出奇的一致，一致性主要表現(xiàn)在蜂窩由無數(shù)個頂部形狀相同的正六邊形蜂窩孔緊密排列組成，蜂窩的根部均是由三個鈍角角度為109°，銳角角度為 70°的菱形圍成。自然造就了這一奇特的現(xiàn)象�；趯Ψ律鷮W的研究，人們開始嘗試將蜂窩結構運用到工程實際中。在第二次世界大戰(zhàn)期間，蜂窩夾層板能夠極大地減輕了飛機的重量、增強飛機靈活性和提高了飛機的載荷，因此該結構得到了快速發(fā)展。在當下新型復合材料的不斷開發(fā)，由復合材料制造的蜂窩夾層板結構在航空航天領域內(nèi)應用更加廣泛，蜂窩夾層板結構常被用來制作各種飛行器零部件，小到艙內(nèi)地板、隔聲板、隔熱罩、航空發(fā)動機護罩，，大到飛機機身機翼、衛(wèi)星殼體、火箭推進劑儲存箱等，一般正六邊形蜂窩夾層板結構構型如圖 1-1 所示：

航材料標準的直九用高性能的 Nomex 蜂窩結構。緊接著，北京航空材料研究所研究員王玉瑛[2]等人研制出了新一代蜂窩結構，具備更加優(yōu)良的力學性能。方大集團股份有限公司的郭建明等[3]研究了 3 種不同生產(chǎn)工藝復合出的蜂窩鋁板，并對影響蜂窩鋁板的剝離強度因素進行研究，最后得出用優(yōu)質(zhì)熱塑膠膜連續(xù)復合加工生產(chǎn)的蜂窩鋁板剝落強度最大。最近幾年，幾個高等院校的碩士研究生也針對金屬材料制成的蜂窩夾層板結構進行了相關研究: 昆明理工大學碩士生李東田[4]對鋁蜂窩板的釬焊技術以及蜂窩芯的輥壓+沖壓成形工藝進行了研究，最后還通過自制裝置對釬焊后的鋁蜂窩板結構進行了剪切性能測試，研究了結構剪切屈服強度、剪切強度以及剪切變形之間的互相影響關系；哈爾濱爾工業(yè)大學碩士生黃麟[5]用兩種釬料焊接飛機蒙皮的鎳基高溫蜂窩構件，并對關鍵位置處進行了力學性能測試，滿足工程實際要求。大連交通大學碩士生石琳[6]，對鎂合金蜂窩板和鎂-鋁蜂窩板的制備工藝以及力學性能方面進行了相關研究；隨著各種新型先進復合材料在飛機上應用比例不斷增大如圖 1-2 所示，人們對復合材料蜂窩夾層板結構的制備以及蜂窩夾芯成型技術也提出越來越高的要求。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V214.6

【參考文獻】

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2 任樹偉;孟晗;辛鋒先;盧天健;慈軍;耿麗;;方形蜂窩夾層曲板的振動特性研究[J];西安交通大學學報;2015年03期

3 梁森;雒磊;;密排圓形胞元蜂窩面內(nèi)等效彈性參數(shù)的模擬仿真[J];四川兵工學報;2013年12期

4 任樹偉;辛鋒先;盧天健;;蜂窩層芯夾層板結構振動與傳聲特性研究[J];力學學報;2013年03期

5 陳夢成;陳玳珩;;正六角形蜂窩芯層面內(nèi)等效彈性參數(shù)研究[J];華東交通大學學報;2010年05期

6 辛鋒先;張錢城;盧天健;;輕質(zhì)夾層材料的制備和振動聲學性能[J];力學進展;2010年04期

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8 王旌生;吳有生;;考慮芯層橫向變形的粘彈性復合材料夾層板結構的聲振特性分析[J];振動與沖擊;2006年05期

9 趙穎坤;盛美萍;王朝杰;張t熢

本文編號：2707609