[发明专利]一种蜂窝材料的铺层等效有限元模型构建方法

说明书

本发明涉及一种蜂窝材料的铺层等效有限元模型构建方法，通过材料辅层将蜂窝材料等效为一种辅层性质的材料，其中，所述材料辅层的等效参数包括：对于蜂窝材料在横向受载时的力学特性分析后得到的横向等效泊松比和横向杨氏模量，以及对于蜂窝材料在纵向受载时的力学特性分析后得到的纵向等效泊松比和纵向杨氏模量；将材料辅层的等效参数输入有限元模型中，逐层辅层，构建蜂窝材料的铺层等效有限元模型。本发明不仅能实现层与层的共节点，而且还可以输出层与层之间的响应，同时在分析过程中将胞壁纵向受载时的伸缩变形考虑在内，使得结果更为精确。

技术领域

本发明涉及蜂窝板建模技术领域，特别是涉及一种蜂窝材料的铺层等效有限元模型构建方法。

背景技术

蜂窝板的特点是强度高、刚度高、质量轻、隔热性能好，且在受到高强度冲击载荷时其胞壁结构发生弹性和塑性变形的同时可吸收冲击能量，是一种具有良好力学特性的轻量化结构，因此被广泛地应用于航空航天结构等各个领域。在工程领域中，对于蜂窝板这样的复杂结构，通常是借助计算机利用有限元方法对结构进行分析，其优势是能够精确地处理复杂结构问题，但缺点是需要过多的时间成本。因此，如何快速高效的建立蜂窝板模型是分析结构特性的前提条件。

在大多数工程应用中，蜂窝板是由上下蒙皮和中间的蜂窝芯子构成，蒙皮与芯子采用粘结剂进行连接，通常六边形单胞构成的周期性板是用来作为蜂窝板芯层。

目前，蜂窝板的有限元建模方法大致可分为两种：全实体建模方法和等效板建模方法。

(1)蜂窝板的全实体建模方法：其本质是将蜂窝板按照实体模型建模，蒙皮、芯子等全部构建。

该方法对于单块的蜂窝板件研究可以达到不错的效果与精度，但是在实际工程应用中，这样的建模方法所耗费的计算资源与时间成本非常巨大。

(2)等效板的建模方法：是目前使用最为广泛的方法，其特点是将蜂窝板等效为一块连续的各向同性/异性的板件。

等效板建模虽然可以节省计算成本与时间，但是在计算精度方面随着阶数的增加误差会越来越明显。另外，使用等效板方法建模只能得到宏观的力学响应结果，对于板件内部的微观性能是无法得到的(比如蒙皮与芯子的相互作用)，通常需要设计师的经验才能进行判断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种蜂窝材料的铺层等效有限元模型构建方法，不仅能实现层与层的共节点，而且还可以输出层与层之间的响应，同时在分析过程中将胞壁纵向受载时的伸缩变形考虑在内，使得结果更为精确。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种蜂窝材料的铺层等效有限元模型构建方法，通过材料辅层将蜂窝材料等效为一种辅层性质的材料，其中，所述材料辅层的等效参数包括：对于蜂窝材料在横向受载时的力学特性分析后得到的横向等效泊松比和横向杨氏模量，以及对于蜂窝材料在纵向受载时的力学特性分析后得到的纵向等效泊松比和纵向杨氏模量；将材料辅层的等效参数输入有限元模型中，逐层辅层，构建蜂窝材料的铺层等效有限元模型。

所述横向等效泊松比所述横向杨氏模量所述纵向等效泊松比为所述纵向杨氏模量其中，L是胞元斜边AB的长度，θ是胞元斜边AB与水平方向夹角，H是胞元竖边BC的长度，E_s是蜂窝材料的剪切模量，t是蜂窝胞元的壁板厚度。

所述蜂窝材料的蜂窝胞元为正六边形的蜂窝胞元，对于远小于1的量，假设其为量a，则有等效公式对于t²/L²忽略高阶无穷小量，对于正六边形的蜂窝胞元H＝L、θ＝π/6，则有

所述胞元斜边AB与所述胞元竖边BC为蜂窝胞元的一组相邻壁板。

所述胞元竖边BC垂直于蜂窝材料在横向的负载。

所述胞元竖边BC平行于蜂窝材料在纵向的负载。