【摘要】：由多種復(fù)合材料加工而成的蜂窩夾層板結(jié)構(gòu),具有較高的比強(qiáng)度、比剛度特性。通過(guò)選取適當(dāng)?shù)拿姘搴蛫A芯材料,蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)還具有良好的吸聲、絕熱性能。在常用的蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)中,由于正六邊形蜂窩孔腔中都充滿密封的空氣,所以?shī)A芯層實(shí)體部分所占夾芯層的總體積較小,這種特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)型使得蜂窩夾層板具有良好的隔熱、隔音性能。正因?yàn)檫@些特殊的性能,蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)尺寸變化,都會(huì)影響到其整體的力學(xué)、隔音及隔熱性能,因此十分有必要對(duì)不同種類的蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)探索。本文主要針對(duì)疏排圓形蜂窩層芯夾層板這一特殊構(gòu)型結(jié)構(gòu)的等效彈性力學(xué)參數(shù)、固有頻率、振動(dòng)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(dú)進(jìn)行研究,對(duì)夾芯板各個(gè)胞元間接觸方式和受力特點(diǎn),通過(guò)合理化假設(shè)分析,得到夾芯層結(jié)構(gòu)的等效模型,同時(shí)對(duì)等效模型進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算,計(jì)算出等效模型的力學(xué)參數(shù),并通過(guò)ANSYS有限元分析軟件建模、仿真計(jì)算,與等效模型彈性力學(xué)參數(shù)的理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)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(shè)置為四邊簡(jiǎn)支,建立該結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制理論模型,并利用Matlab數(shù)值分析軟件進(jìn)行圓形蜂窩夾層板固有頻率計(jì)算,計(jì)算出該蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)的前十階固有頻率理論值。同時(shí),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(dǎo)入ANSA軟件進(jìn)行前處理,再導(dǎo)入ABAQUS有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模態(tài)模擬仿真,通過(guò)理論計(jì)算與仿真結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了該振動(dòng)理論模型的合理性。重點(diǎn)探討了疏排圓形蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)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(jié)構(gòu)的傳聲損失。利用聲學(xué)基礎(chǔ)和聲波傳播規(guī)律,進(jìn)行疏排圓形蜂窩層芯夾層板結(jié)構(gòu)入射和輻射聲壓聲功率的計(jì)算。在聲波垂直入射的條件下,建立了蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)的傳聲損失理論模型�；谏鲜隼碚撃Ｐ�,對(duì)本文疏排圓形蜂窩層芯夾層板的傳聲損失進(jìn)行Matlab編程計(jì)算,進(jìn)而得到了給定材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)、尺寸大小后蜂窩結(jié)構(gòu)的傳聲損失曲線圖,緊接著分別研究了該蜂窩結(jié)構(gòu)面板厚度、夾芯層高度、圓形胞元半徑和壁厚對(duì)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(duì)相關(guān)文獻(xiàn)中正六邊形蜂窩夾層板進(jìn)行建模、仿真計(jì)算,得到了與該文獻(xiàn)一致的結(jié)果,繼續(xù)針對(duì)本文中的疏排圓形蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和聲學(xué)仿真計(jì)算。最后,制作疏排圓形蜂窩層芯夾層板的實(shí)驗(yàn)試件,利用阻抗管法對(duì)試件進(jìn)行了隔聲性能實(shí)驗(yàn)。通過(guò)COMSOL多物理場(chǎng)耦合仿真與阻抗管實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法,得到不同入射聲波頻率下該種構(gòu)型蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)傳聲損失的基本變化規(guī)律。
【圖文】：

在人類偉大的科學(xué)文化發(fā)展進(jìn)程中，科學(xué)家們的許多科研成就均來(lái)源于豐富多彩的大自然，蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)亦由此而來(lái)。在整個(gè)生物進(jìn)化中，隨著不斷地適應(yīng)各種惡劣復(fù)雜環(huán)境能力的提升，自然賦予了蜜蜂天生的筑巢本領(lǐng)。經(jīng)人們仔細(xì)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(wú)數(shù)個(gè)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(gè)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。基于對(duì)仿生學(xué)的研究，人們開始嘗試將蜂窩結(jié)構(gòu)運(yùn)用到工程實(shí)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(jī)的重量、增強(qiáng)飛機(jī)靈活性和提高了飛機(jī)的載荷，因此該結(jié)構(gòu)得到了快速發(fā)展。在當(dāng)下新型復(fù)合材料的不斷開發(fā)，由復(fù)合材料制造的蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)在航空航天領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用更加廣泛，蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)常被用來(lái)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(dòng)機(jī)護(hù)罩，，大到飛機(jī)機(jī)身機(jī)翼、衛(wèi)星殼體、火箭推進(jìn)劑儲(chǔ)存箱等，一般正六邊形蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)構(gòu)型如圖 1-1 所示：

航材料標(biāo)準(zhǔn)的直九用高性能的 Nomex 蜂窩結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，具備更加優(yōu)良的力學(xué)性能。方大集團(tuán)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(fù)合出的蜂窩鋁板，并對(duì)影響蜂窩鋁板的剝離強(qiáng)度因素進(jìn)行研究，最后得出用優(yōu)質(zhì)熱塑膠膜連續(xù)復(fù)合加工生產(chǎn)的蜂窩鋁板剝落強(qiáng)度最大。最近幾年，幾個(gè)高等院校的碩士研究生也針對(duì)金屬材料制成的蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)研究: 昆明理工大學(xué)碩士生李東田[4]對(duì)鋁蜂窩板的釬焊技術(shù)以及蜂窩芯的輥壓+沖壓成形工藝進(jìn)行了研究，最后還通過(guò)自制裝置對(duì)釬焊后的鋁蜂窩板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剪切性能測(cè)試，研究了結(jié)構(gòu)剪切屈服強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度以及剪切變形之間的互相影響關(guān)系；哈爾濱爾工業(yè)大學(xué)碩士生黃麟[5]用兩種釬料焊接飛機(jī)蒙皮的鎳基高溫蜂窩構(gòu)件，并對(duì)關(guān)鍵位置處進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試，滿足工程實(shí)際要求。大連交通大學(xué)碩士生石琳[6]，對(duì)鎂合金蜂窩板和鎂-鋁蜂窩板的制備工藝以及力學(xué)性能方面進(jìn)行了相關(guān)研究；隨著各種新型先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用比例不斷增大如圖 1-2 所示，人們對(duì)復(fù)合材料蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)的制備以及蜂窩夾芯成型技術(shù)也提出越來(lái)越高的要求。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V214.6

【參考文獻(xiàn)】

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1 富明慧;徐歐騰;陳譽(yù);;蜂窩芯層等效參數(shù)研究綜述[J];材料導(dǎo)報(bào);2015年05期

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(dòng)特性研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);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(xué)報(bào);2013年12期

4 任樹偉;辛鋒先;盧天健;;蜂窩層芯夾層板結(jié)構(gòu)振動(dòng)與傳聲特性研究[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2013年03期

5 陳夢(mèng)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(xué)學(xué)報(bào);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(dòng)聲學(xué)性能[J];力學(xué)進(jìn)展;2010年04期

7 辛鋒先;盧天健;陳常青;;輕質(zhì)金屬三明治板的隔聲性能研究[J];聲學(xué)學(xué)報(bào)(中文版);2008年04期

8 王旌生;吳有生;;考慮芯層橫向變形的粘彈性復(fù)合材料夾層板結(jié)構(gòu)的聲振特性分析[J];振動(dòng)與沖擊;2006年05期

9 趙穎坤;盛美萍;王朝杰;張t熢

本文編號(hào)：2707609