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三种构型的铝合金蜂窝板抗压性能研究

贺若桓 王钢 赵才其 杨朔 张志杰

贺若桓, 王钢, 赵才其, 杨朔, 张志杰. 三种构型的铝合金蜂窝板抗压性能研究[J]. 钢结构(中英文), 2023, 38(4): 20-28. doi: 10.13206/j.gjgS22082601
引用本文: 贺若桓, 王钢, 赵才其, 杨朔, 张志杰. 三种构型的铝合金蜂窝板抗压性能研究[J]. 钢结构(中英文), 2023, 38(4): 20-28. doi: 10.13206/j.gjgS22082601
Ruohuan He, Gang Wang, Caiqi Zhao, Shuo Yang, Zhijie Zhang. Study on Compressive Properties of Three Types of Aluminum Alloy Honeycomb Panels[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2023, 38(4): 20-28. doi: 10.13206/j.gjgS22082601
Citation: Ruohuan He, Gang Wang, Caiqi Zhao, Shuo Yang, Zhijie Zhang. Study on Compressive Properties of Three Types of Aluminum Alloy Honeycomb Panels[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2023, 38(4): 20-28. doi: 10.13206/j.gjgS22082601

三种构型的铝合金蜂窝板抗压性能研究

doi: 10.13206/j.gjgS22082601
详细信息
    作者简介:

    贺若桓,男,1990年出生,硕士,二级注册结构工程师。Email:756834928@qq.com

Study on Compressive Properties of Three Types of Aluminum Alloy Honeycomb Panels

  • 摘要: 受到独角仙的前翅中同时含有小柱和气囊壁结构的启发,对传统铝合金蜂窝板进行了改进,在铝合金蜂窝板芯板的蜂窝壁端部设置了小柱结构,即壁端柱甲虫板。因为独角仙前翅中有约10%的小柱分布在蜂窝壁的中间,故增加了小柱设置在蜂窝壁中部的壁中柱甲虫板。以三种板为研究对象,开展试验和有限元分析。为完全模拟一体化成型蜂窝板的性能和考虑到3D打印技术无法打印铝合金材料,故试验用树脂作为材料,采用3D打印技术制作一体化蜂窝板试件进行试验,用于验证计算机模拟的准确性。试验首先运用树脂材料通过3D打印技术制作3种不同构型的蜂窝板,分别为传统蜂窝板、壁中柱甲虫板和壁端柱甲虫板,对其开展侧压试验。通过试验数据可以看出,壁端柱甲虫板较传统蜂窝板侧压极限承载力由27.9 kN提升至34.7 kN;壁中柱甲虫板较传统蜂窝板侧压极限承载力由27.9 kN提升至31.9 kN。由此可见,壁端柱甲虫板的侧压性能较蜂窝板和壁中柱甲虫板更好。其次建立了有限元模型与试验数据对比验证,因3D打印工艺留下的小孔影响使得试件的破坏形态与有限元模型的应力分布略有差异,但板件上下边缘中心的低应力区与试验相同。由有限元模拟值与试验数值对比可以看出,模拟结果与试验结果平均误差仅3.366%,由此验证了有限元模型的有效性。再次建立基于铝合金材性的三类蜂窝板有限元模型,开展侧压有限元分析,结果显示,壁端柱甲虫板相较于传统蜂窝板在屈服承载力和极限承载力方面提升分别为2.6%和4.7%。最后分别对影响甲虫板侧压性能的柱的半径r与六边形蜂窝芯的边长L的比值α、甲虫板芯层的厚度h1、上下面板的厚度h2,甲虫板芯层蜂窝壁的厚度d这四种因素建立模型进行对比分析。分析结果显示:径长比由0.312 5增加至0.5时,屈服承载力和极限承载力分别增加了5.3%和6%;甲虫板芯层壁厚由1 mm增加到1.4 mm时,屈服承载力和极限承载力分别增加了3.3%和6.5%;甲虫板芯层厚度由6 mm增加到12 mm时,屈服承载力和极限承载力分别增加了2.2%和5.1%;甲虫板面层厚度由1 mm增加到2.5 mm时,屈服承载力和极限承载力分别增加了244%和236%。可见甲虫板面板厚度对侧压性能具有显著影响。
  • [1] 刘艳辉,童国权,王辉等. GH99高温合金蜂窝板的制备及力学性能[J]. 机械工程材料,2013,37(2):82-85.
    [2] Gibson L,Ashby M. 多孔固体结构与性能[M]. 刘培 生,译. 北京:清华大学出版社,2003.
    [3] 马金朵,陈潇涵,司莹 莹,等. 铝蜂 窝夹 芯板 研究 现状 与展 望[J]. 木工机床,2019(4):11-14.
    [4] 刘金龙. 铝蜂窝复合材料客车底板性能研究及应用[D]. 广州:华南理工大学,2012.
    [5] 管仁国,娄花芬,黄晖,等. 铝合金材料发展现状、趋势及展望[J]. 中国工程科学,2020,22(5):68-75.
    [6] Chen J X. Fundamental study on biomimetics composites[D]. Kyoto:Kyoto Institute of Technology, 2001.
    [7] Chen J X, Ni Q Q. Three dimensional compose structures in the fore-wing of beetle[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2003, 20(6):61-66.
    [8] 陈锦祥, 岩本正治, 倪庆清, 等. 甲虫上翅の 断面构造と そ の 最适性[J]. 复合材料, 2000, 49(4):407-412.
    [9] Chen J X, Ni Q Q, Xu Y, et al. Lightweight composite structures in the forewings of beetles[J]. Composite Structures, 2007, 79(3):331-337.
    [10] Chen J X, Dai G, Xu Y, et al. Optimal composite structures in the forewings of beetles[J]. Composite Structures, 2007, 81(3):432-437.
    [11] 徐梦烨. 甲虫板的抗弯性能及其增强机理[D]. 南京:东南大学,2019.
    [12] Gu C L, Liu J, Chen J X, et al. Technological parameters and design of bionic integrated honeycomb plates[J]. Journal of Bionic Engineering, 2014(11):134-143.
    [13] Chen J X, Gu C L, Guo S J, et al. Integrated honeycomb technology motivated by the structure of beetle forewings[J]. Materials Science and Engineering C, 2012, 32(7):1813-1817.
    [14] 陈锦祥, 何成林, 顾承龙,等. 带封边一体化蜂窝板的成型工艺:201310302313. 8[P]. 2013-10-09.
    [15] Chen J X, Zhang X M, Okabe Y, et al. Beetle elytron plate and the synergistic mechanism of trabecular-honeycomb core structure[J]. Science China Technological Sciences, 2019, 62(1):91-97.
    [16] Chen J X, Ni Q Q, Endo Y, et al. Distribution of trabeculae and elytral surface structures of the horned beetle, allomyrina dichotoma (linn) (coleoptera:scarabaeidae)[J]. Entomologia Sinica, 2002(9):55-61.
    [17] 余心笛. 壁中柱甲虫板抗压及耗能性能研究[D]. 南京:东南大学,2020.
    [18] 中国国家标准化管理委 员会. 夹芯 结构 侧压 性能 试验 方法:GB/T 1454-2005[S]. 北京:中国标准出版社,2005.
    [19] 张晓明. 甲虫板 抗压 性能 及其 增强 机理[D]. 南京:东南 大学,2018.
    [20] 拓万永. 甲虫前翅及仿生一体化蜂窝板的力学性能研究[D]. 南京:东南大学,2017.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-26
  • 网络出版日期:  2023-06-10

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