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《基于工程应用的蜂窝夹层结构有限元建模方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第46卷第3期航空计算技术Vol.46No.32016年5月AeronauticalComputingTechniqueMay.2016基于工程应用的蜂窝夹层结构有限元建模方法范瑞娟,冯翃翎,魏洪(中航工业第一飞机设计研究院,陕西西安710089)摘要:通过对蜂窝夹层结构受力特性的分析,提出了“组合元素法”的有限元建模方法,并通过典型受力蜂窝夹层结构的理论计算以及典型蜂窝壁板的强度试验,验证了方法的有效性,解决了飞机运动翼面复合材料蜂窝夹层结构的强度设计难题,同时也为航空、航天等其他类似结构的强度设计提供了借鉴和参考。关键词:复合材料;蜂窝夹层
2、;有限元;组合元素中图分类号:O242.21文献标识码:A文章编号:1671-654X(2016)03-0046-04FiniteElementModelingMethodofHoneycombSandwichBasedonEngineeringApplicationFANRui-juan,FENGHong-ling,WEIHong(TheFirstAircraftInstitute,AVIC,Xi′an710089,China)Abstract:Amethodoffiniteelementsmodelingcalled"Combination
3、Element"isconcludedthroughtheanalysisonmechanicalpropertiesofhoneycombsandwich.Anditisprovedeffectivecomparedwiththetheoreticalanalysisofthetypicalloadinghoneycombsandwichstructureandtheresultsofstrengthtestofthetypicalhoneycombpanel.Theproblemofstrengthdesignofcompositemate
4、rialhoneycombsandwichlocatedinaircraftmovablewing-boxissolved.Meanwhile,themethodprovidesreferencesforothersimi-larstructureswithinthefieldofaeronauticandaerospaceindustry.Keywords:compositematerial;honeycombsandwich;combinationelement;finiteelementsmethod引言平面内的拉伸刚度;相对于面板,蜂窝
5、芯子的强度和刚度低得多,但受剪面积很大,实际上提供了夹层的全部蜂窝夹层结构由于其具有质量轻、抗弯刚度大、稳横向剪切刚度。蜂窝夹层结构的总体受力特性为:定性好等优点,而广泛应用于航空、航天等领域。近年1)在面内拉伸或压缩载荷的作用下,上、下面板共来,随着复合材料的广泛应用,航空航天结构大量采用同承受拉伸或压缩载荷;了复合材料NOMEX纸蜂窝夹层结构。该结构尤其适2)在横向剪切载荷的作用下,蜂窝芯子承受剪切合大尺寸空腔式结构的设计,相比双梁加筋板或单梁[1-2]载荷;密肋式结构,能带来显著的减重效果。目前,蜂窝3)在弯曲载荷的作用下,一侧面板受拉,
6、另一侧面夹层结构的有限元建模方法主要有等效板元法和胞元板受压,受拉面板通过蜂窝芯子对受压面板提供支持,法,但二者在工程应用中均具有一定的局限性。鉴于[3]而蜂窝芯子要承受其高度方向的拉压载荷。此种情况,本文通过对蜂窝夹层结构受力特性的分析,在充分理解以上三条受力特性的基础上,推导蜂从工程应用角度出发,提出“组合元素法”的蜂窝夹层窝夹层结构的总体刚度系数,对于进一步理解蜂窝夹结构有限元建模方法,力图解决在工程实际应用中复层结构的总体受力特性具有非常重要的意义。合材料蜂窝夹层结构的有限元建模和强度分析问题。1.1拉压模量宽度为b、上下面板厚度均为t
7、、蜂窝芯子高度为f1受力特性h的蜂窝夹层结构受x向拉伸载荷p的作用,如图1所蜂窝夹层结构,从其结构特点上看,受力形式类似示,在拉力p的作用下,蜂窝夹层结构形成的应力为于梁,其主承力结构(即上、下面板)布置在远离横截σ,则有:x面中性轴的位置,几乎提供了夹层的全部弯曲刚度及收稿日期:2016-03-22修订日期:2016-05-08作者简介:范瑞娟(1970-),女,陕西宝鸡人,工程师,主要研究方向为飞机结构强度设计。2016年5月范瑞娟等:基于工程应用的蜂窝夹层结构有限元建模方法·47·p=σx(h+2t)b(1)12tf1h1=+(8)若面板
8、和芯子上的应力分别为σfx和σcx,则由平GxzHGfxzHGcxz衡关系可得:通常面板的剪切模量Gfxz很大,面板很薄,h/H≈σ(h+2t)b=2
