蜂窝夹层结构制造、加工与有限元分析全解析

蜂窝夹层结构是复合材料的一种特殊类型。由于这种轻型结构材料具有最优比强度 、比刚度 、最大抗疲劳性能 、表面平整光滑等特点 ,已在航空、航天领域得到较为广泛地应用 。

蜂窝夹层结构实质上是由面板、蜂窝芯和胶黏剂3 种基本材料组合而成的复合材料 。常用的为铝面板 - 铝蜂窝夹层结构 、碳纤维面板 -芳纶纸蜂窝夹层结构 、玻璃纤维面板 - 玻璃纤维蜂窝夹层结构、 芙拉纤维面板 -Nomex 蜂窝夹层结构等。

从几何形状角度，最常见的蜂窝形式为正六边形蜂窝，其他还有原型蜂窝、过拉伸蜂窝。其中过拉伸蜂窝在一个方向可以产生较大的弯曲变形，适用于曲率比较大的区结构。

六边形蜂窝

过拉伸蜂窝

当然还有一些特殊的通过蜂窝结构来实现负泊松比效应的结构。

蜂窝的制造与加工

蜂窝夹层结构有限元分析

蜂窝夹层结构有限元分析一般分为两种方法：

1）宏观等效夹层建模

2）蜂窝细节建模

等效夹层建模指将蜂窝夹层等效为均匀的实体，而不建立蜂窝具体的晶格形状。适用于整体结构刚度分析。

需要特别注意的是，在将蜂窝等效为均质实体时，务必采用三维实体单元模拟夹层，不可使用壳单元或连续壳单元，面板则使用壳单元、连续壳或者实体单元均可。

此类模型可以用于求解结构整体的变形。局部的细节应力应变表征误差很大。

细节建模是指按照蜂窝晶格的真实形状建立几何模型，通常用一系列曲面组成，这类结构网格数量多，一般适用于小尺度结构的精细分析（如蜂窝板压溃）。

由于此类结构涉及的蜂窝晶格多，不同区域属性也不一样，一般需要借助专用插件进行建模。

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