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Y型蜂窝等效模型及蜂窝夹芯结构车体的仿真分析
1
作者
石姗姗
马嘉欣
+2 位作者
陈秉智
汉红彪
王国鑫
《铁道科学与工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期3743-3754,共12页
复合材料夹芯结构在轨道车辆车体轻量化中应用广泛,但在大型夹芯结构车体仿真计算时,存在结构层次复杂且分析经验较为缺乏等问题。本文提出考虑蜂窝双壁影响的Y型蜂窝等效模型,然后基于Y型蜂窝等效构建碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳...
复合材料夹芯结构在轨道车辆车体轻量化中应用广泛,但在大型夹芯结构车体仿真计算时,存在结构层次复杂且分析经验较为缺乏等问题。本文提出考虑蜂窝双壁影响的Y型蜂窝等效模型,然后基于Y型蜂窝等效构建碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板仿真分析模型,并将其分别与三点弯曲试验进行验证。根据传统列车车体的蒙皮骨架形式,构建碳纤维铝蜂窝车体和格栅增强碳纤维铝蜂窝车体,并运用BSEN12663:2010标准和《复合材料设计手册》中的设计标准分析其刚度、强度、应变等力学性能。研究结果表明:碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板三点弯曲仿真结果与试验值误差分别为2.8%和0.1%,验证了Y型蜂窝等效模型具有较高的精度;碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了49.4%,强度最高提升了64.5%;格栅增强碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了67.6%,强度最高提升了66.2%。对于2种蜂窝夹芯结构车体的蒙皮来说,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体应变最低下降了36.9%,失效因子最低下降了61.1%,相比碳纤维铝蜂窝车体有较充足的安全余量;相比原不锈钢车体,2种蜂窝夹芯结构车体具有较好的减重效果,碳纤维铝蜂窝车体减重33.4%,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体减重13.1%。基于Y型蜂窝等效模型的碳纤维夹芯结构仿真分析,为先进复合材料轨道车辆车体结构轻量化设计提供了参考。
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关键词
复合材料夹芯结构
Y型
蜂窝等效模型
三点弯曲
格栅增强
蜂窝
车体结构仿真
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职称材料
复合材料蜂窝夹芯板维修方案材料-结构一体化设计方法
2
作者
刘雄伟
黄蕾
+4 位作者
郭聪
杨泽
马红艳
刘德博
田阔
《热加工工艺》
北大核心
2025年第14期215-226,共12页
复合材料蜂窝夹芯板在航空航天领域被广泛使用,其损伤维修后的结构强度直接影响装备服役安全。开展维修方案智能优化设计,对提升维修后的结构强度、提高结构安全性和可靠性、降低维修成本具有重要意义。基于子模型法与蜂窝等效分析方法...
复合材料蜂窝夹芯板在航空航天领域被广泛使用,其损伤维修后的结构强度直接影响装备服役安全。开展维修方案智能优化设计,对提升维修后的结构强度、提高结构安全性和可靠性、降低维修成本具有重要意义。基于子模型法与蜂窝等效分析方法,提出了一种复合材料蜂窝夹芯板维修方案材料-结构一体化设计方法。首先,基于蜂窝等效分析方法进行了面外压缩工况下复合材料蜂窝夹芯板算例验证,通过对比精细模型和等效模型的极限载荷,验证了等效模型的有效性。然后,建立了复合材料蜂窝夹芯板参数化子模型,在典型工况下对参数化子模型进行分析,通过对比子模型与全局模型的分析结果,验证了参数化子模型的有效性。最后,基于遗传算法对维修方案进行了优化设计。结果表明:优化后维修方案的强度恢复率达到82.68%,相比典型维修方案强度恢复率提高了10.71%,验证了优化设计的有效性。
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关键词
蜂窝等效模型
渐进损伤
子
模型
法
维修方案优化设计
复合材料
蜂窝
夹芯板
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职称材料
复合材料蜂窝结构渐进损伤评估及挖补修理研究
被引量：
6
3
作者
赵志彬
谢逸夫
+3 位作者
刘志琪
杨鹏飞
薛小峰
冷佳醒
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第5期1047-1053,共7页
复合材料蜂窝结构越来越广泛地应用于飞机承力结构件,其受冲击等损伤后的损伤评估与修理方案成为民机复材结构研究中最关切的问题之一。针对复合材料蜂窝结构渐进损伤评估及阶梯式胶接挖补修理问题,基于蜂窝芯子等效模型和C3D8R三维体...
复合材料蜂窝结构越来越广泛地应用于飞机承力结构件,其受冲击等损伤后的损伤评估与修理方案成为民机复材结构研究中最关切的问题之一。针对复合材料蜂窝结构渐进损伤评估及阶梯式胶接挖补修理问题,基于蜂窝芯子等效模型和C3D8R三维体单元及0厚度三维粘聚力单元COH3D8建立蜂窝结构渐进损伤分析和挖补修理参数研究的三维有限元模型;基于三维Hashin准则、Besant准则和B⁃K准则开发USDFLD程序实现复合材料层合板、蜂窝芯子和胶层的损伤模拟与失效;针对蜂窝结构穿孔损伤仿真研究补片挖补角度、额外层铺层角及厚度等参数对修理后结构强度恢复效果的影响规律。结果表明:补片挖补角度减小带来搭接处胶层内部剪应力升高,补片额外层铺层方向与外载荷夹角增大,以及额外层厚度增加导致搭接边缘出现应力集中而更易提前失稳,都会明显降低蜂窝结构挖补修理后的强度恢复效果。仿真分析结果表明挖补补片选取1层0°铺层的额外层和1∶10的挖补斜率时,蜂窝结构穿孔损伤修理件的强度恢复效果最佳,达到无损件的95.72%。
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关键词
复合材料
蜂窝
结构
渐进损伤评估
挖补修理
强度恢复效果
蜂窝
芯子
等效
模型
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职称材料
题名
Y型蜂窝等效模型及蜂窝夹芯结构车体的仿真分析
1
作者
石姗姗
马嘉欣
陈秉智
汉红彪
王国鑫
机构
大连交通大学机车车辆工程学院
大连交通大学高速列车服役安全关键技术铁路行业重点实验室
出处
《铁道科学与工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期3743-3754,共12页
基金
国家自然科学基金资助项目(52271023)
2023大连市科技人才创新优秀青年科技人才项目(2023RY025)
+1 种基金
辽宁省教育厅面上项目(JYT‐MS20230029)
辽宁省交通科技项目(202245)。
文摘
复合材料夹芯结构在轨道车辆车体轻量化中应用广泛,但在大型夹芯结构车体仿真计算时,存在结构层次复杂且分析经验较为缺乏等问题。本文提出考虑蜂窝双壁影响的Y型蜂窝等效模型,然后基于Y型蜂窝等效构建碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板仿真分析模型,并将其分别与三点弯曲试验进行验证。根据传统列车车体的蒙皮骨架形式,构建碳纤维铝蜂窝车体和格栅增强碳纤维铝蜂窝车体,并运用BSEN12663:2010标准和《复合材料设计手册》中的设计标准分析其刚度、强度、应变等力学性能。研究结果表明:碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板三点弯曲仿真结果与试验值误差分别为2.8%和0.1%,验证了Y型蜂窝等效模型具有较高的精度;碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了49.4%,强度最高提升了64.5%;格栅增强碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了67.6%,强度最高提升了66.2%。对于2种蜂窝夹芯结构车体的蒙皮来说,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体应变最低下降了36.9%,失效因子最低下降了61.1%,相比碳纤维铝蜂窝车体有较充足的安全余量;相比原不锈钢车体,2种蜂窝夹芯结构车体具有较好的减重效果,碳纤维铝蜂窝车体减重33.4%,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体减重13.1%。基于Y型蜂窝等效模型的碳纤维夹芯结构仿真分析,为先进复合材料轨道车辆车体结构轻量化设计提供了参考。
关键词
复合材料夹芯结构
Y型
蜂窝等效模型
三点弯曲
格栅增强
蜂窝
车体结构仿真
Keywords
composite sandwich structure
Y-shaped honeycomb equivalent model
three-point bending
grid-reinforced honeycomb
vehicle body structure simulation
分类号
U270.32 [机械工程—车辆工程]
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职称材料
题名
复合材料蜂窝夹芯板维修方案材料-结构一体化设计方法
2
作者
刘雄伟
黄蕾
郭聪
杨泽
马红艳
刘德博
田阔
机构
大连理工大学工程力学系
北京宇航系统工程研究所
辽宁省飞行器结构强度数字孪生重点实验室
出处
《热加工工艺》
北大核心
2025年第14期215-226,共12页
基金
国家重点研发计划项目(2020YFA0711101)
辽宁省人工智能领域科技重大专项项目(2023020702-JH26/101)。
文摘
复合材料蜂窝夹芯板在航空航天领域被广泛使用,其损伤维修后的结构强度直接影响装备服役安全。开展维修方案智能优化设计,对提升维修后的结构强度、提高结构安全性和可靠性、降低维修成本具有重要意义。基于子模型法与蜂窝等效分析方法,提出了一种复合材料蜂窝夹芯板维修方案材料-结构一体化设计方法。首先,基于蜂窝等效分析方法进行了面外压缩工况下复合材料蜂窝夹芯板算例验证,通过对比精细模型和等效模型的极限载荷,验证了等效模型的有效性。然后,建立了复合材料蜂窝夹芯板参数化子模型,在典型工况下对参数化子模型进行分析,通过对比子模型与全局模型的分析结果,验证了参数化子模型的有效性。最后,基于遗传算法对维修方案进行了优化设计。结果表明:优化后维修方案的强度恢复率达到82.68%,相比典型维修方案强度恢复率提高了10.71%,验证了优化设计的有效性。
关键词
蜂窝等效模型
渐进损伤
子
模型
法
维修方案优化设计
复合材料
蜂窝
夹芯板
Keywords
honeycomb equivalent model
progressive damage
submodeling method
repaired structural design optimization
composite honeycomb sandwich panels
分类号
TB333 [一般工业技术—材料科学与工程]
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职称材料
题名
复合材料蜂窝结构渐进损伤评估及挖补修理研究
被引量：
6
3
作者
赵志彬
谢逸夫
刘志琪
杨鹏飞
薛小峰
冷佳醒
机构
西北工业大学民航学院
西北工业大学航空学院
中国飞机强度研究所损伤检测与结构维修技术研究室
上海微小卫星工程中心导航技术研究所
出处
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第5期1047-1053,共7页
文摘
复合材料蜂窝结构越来越广泛地应用于飞机承力结构件,其受冲击等损伤后的损伤评估与修理方案成为民机复材结构研究中最关切的问题之一。针对复合材料蜂窝结构渐进损伤评估及阶梯式胶接挖补修理问题,基于蜂窝芯子等效模型和C3D8R三维体单元及0厚度三维粘聚力单元COH3D8建立蜂窝结构渐进损伤分析和挖补修理参数研究的三维有限元模型;基于三维Hashin准则、Besant准则和B⁃K准则开发USDFLD程序实现复合材料层合板、蜂窝芯子和胶层的损伤模拟与失效;针对蜂窝结构穿孔损伤仿真研究补片挖补角度、额外层铺层角及厚度等参数对修理后结构强度恢复效果的影响规律。结果表明:补片挖补角度减小带来搭接处胶层内部剪应力升高,补片额外层铺层方向与外载荷夹角增大,以及额外层厚度增加导致搭接边缘出现应力集中而更易提前失稳,都会明显降低蜂窝结构挖补修理后的强度恢复效果。仿真分析结果表明挖补补片选取1层0°铺层的额外层和1∶10的挖补斜率时,蜂窝结构穿孔损伤修理件的强度恢复效果最佳,达到无损件的95.72%。
关键词
复合材料
蜂窝
结构
渐进损伤评估
挖补修理
强度恢复效果
蜂窝
芯子
等效
模型
Keywords
composite honeycomb structure
progressive damage assessment
adhesively scarf repair
strength recovery effectiveness
honeycomb core equivalent model
分类号
V267 [航空宇航科学与技术—航空宇航制造工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
Y型蜂窝等效模型及蜂窝夹芯结构车体的仿真分析
石姗姗
马嘉欣
陈秉智
汉红彪
王国鑫
《铁道科学与工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
在线阅读
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职称材料
2
复合材料蜂窝夹芯板维修方案材料-结构一体化设计方法
刘雄伟
黄蕾
郭聪
杨泽
马红艳
刘德博
田阔
《热加工工艺》
北大核心
2025
0
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职称材料
3
复合材料蜂窝结构渐进损伤评估及挖补修理研究
赵志彬
谢逸夫
刘志琪
杨鹏飞
薛小峰
冷佳醒
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
6
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职称材料
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