[发明专利]一种蜂窝芯弯曲过程中芯格变形评估方法

说明书

本发明提出一种针对夹层结构的蜂窝芯弯曲过程中芯格变形评估方法，通过提取变形后蜂窝芯表面芯格轮廓并对芯格顶点进行识别，将每个芯格假设为由m个端点组成的m边形单元，通过对比m边形单元变形前后节点位置，确定每个节点位移；构建m边形单元形函数，由节点位移求得单元形函数对应系数进而确定单元对应的变形梯度；计算单元对应的应变张量，用单元对应的主应变及单元面积对芯格变形进行综合评估，实现了在复杂自由曲面外形夹层结构制造过程中判定芯格完整性。

技术领域

本发明涉及一种蜂窝芯弯曲过程中芯格变形评估方法，属于复合材料夹层结构制造领域。

背景技术

蜂窝夹层结构是由两块高强度上、下面板和中间一层厚而轻的蜂窝芯夹层组成，具有轻质、高比强度、高比刚度及高能量吸收效率等优异的特性，广泛运用于航空航天等领域，如机翼前缘U型件、襟翼、副翼、扰流板方向舵、升降舵以及垂、平尾壁板、发动机短舱、整流罩等结构。

由于蜂窝制造简单、质量较轻同时具有良好的韧性和抗冲击能力，因而在航空夹层结构中运用比例最大。然而，采用蜂窝夹层的复合材料构件大多具有复杂自由曲面外形，在蜂窝芯与型面贴合过程中，芯格由于弯曲产生严重的拉伸、挤压变形，使得芯格发生坍塌，严重影响蜂窝芯的力学特性。如何快速准确对弯曲后蜂窝芯格变形程度进行定量化评估是保证蜂窝芯格完整性及夹层结构优良力学特性的前提。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，实现在复杂自由曲面外形夹层结构制造过程中判定芯格完整性，本发明提出一种蜂窝芯弯曲过程中芯格变形评估方法，其基本原理为：对弯曲后蜂窝芯试件非贴模表面芯格轮廓进行提取，获得蜂窝芯格变形后二维轮廓图，遍历单个芯格轮廓，提取芯格m个端点坐标，对比芯格变形前后端点位置，计算芯格各个端点对应的位移；利用芯格m个端点构造一个平面m边形单元并构建用于描述m边形单元位移场的二次多项式函数；由单元位移场及单元变形前后节点坐标关系计算变形梯度进而求得单元对应的应变张量，用单元对应的主应变及单元面积对芯格变性进行综合评估。

本发明的技术方案为：

所述一种蜂窝芯弯曲过程中芯格变形评估方法，包括以下步骤：

步骤1：对弯曲后蜂窝芯芯格轮廓进行提取，得到芯格变形后二维轮廓图；对芯格变形后二维轮廓图进行处理后提取芯格轮廓边界线l_i，i＝1,2,3,…,n，n为芯格数量；

遍历芯格轮廓线l_i，得到芯格m条边界线两两相交的m个端点，提取各个端点在预先设定的全局笛卡尔坐标系下对应的坐标(x_i,j,y_i,j)，j＝1,2,3,…,m；

设蜂窝芯格变形前为标准的正m边形，以标号为1的芯格端点为原点建立局部笛卡尔坐标系，在局部坐标系下，变形前芯格端点坐标为(X_i,j,Y_i,j)，j＝1,2,3,…,m，变形后端点坐标为(x′_i,j,y′_i,j)，通过坐标变换得到；

根据局部坐标系下的变形前后芯格端点坐标计算各个端点对应的相对位移其中u_i,j为第i个芯格端点j在局部坐标系x轴方向的相对位移，v_i,j为第i个芯格中端点j在y轴方向的相对位移，且作为原点的端点相对位移值为0；

步骤2：利用包含[1 X Y X² XY]项的二次不完全多项式表征芯格平面m边形位移场[u v]＝C[a b]，其中u、v分别为芯格在x、y方向的相对位移场，a、b分别为x、y方向的位移场对应的二次多项式系数矩阵，C为芯格端点坐标矩阵：

分别求得x、y方向的位移场对应的二次多项式系数矩阵a＝C^-1u，b＝C^-1v；