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文档简介

1、蜂窝结构缓冲性能及应用研究,学 生: 指导老师,一.背景与意义,振动与冲击: 振动是动力系统在其平衡位置附近的往复运动; 冲击则是系统在瞬态或脉冲激励下的运动; 航天器在轨分离过程中会对航天器平台造成较大冲击与振动。 对航天器的危害: 机械结构变形、安装松动、产生裂纹甚至断裂; 电气元件连接松动,接触不良,工作性能不稳定。 研究缓冲减振具有重要意义 可以减小冲击振动对航天器的影响,一.背景与意义,蜂窝夹层结构复合材料 特点:比强度和比刚度高;减缓冲击性能好。 应用:作为吸能材料用来制造汽车碰撞实验中的障碍壁;阿波罗宇宙飞船着陆舱的4条腿也装备了铝蜂窝来吸收着陆时产生的巨大动能 芯材参数:斜边长

2、 l,厚 t ,深度 b 竖直边长 h,厚 2t ,斜边与水平线的夹角,双壁厚蜂窝结构图,单胞元结构图,传统分析方法:经验公式方法; 动力分析方法。 现代分析方法:有限元法; 计算机仿真技术,二.研究现状,冲击分析方法,二.研究现状,蜂窝结构相关研究现状: Said等研究了铝蜂窝芯在压缩载荷作用下其载荷位移曲线的特征以及在准静态压缩载荷作用下铝蜂窝的变形特征,结果表明铝蜂窝芯是逐步折叠失稳的; 王飞等则运用数值模拟的方法对不同密度铝蜂窝芯在压缩载荷作用下的失效过程进行了模拟,分析了结构失稳和破坏的三种不同特征,数值模拟所得铝蜂窝芯失稳分岔时的宏观应力与实验所得宏观极限应力吻合,二.研究现状,蜂

3、窝结构相关研究现状: 胡玲玲等采用显式动力有限元法研究了不同胞元结构的铝蜂窝芯在共面冲击载荷下的力学性能。(为斜边与水平线的夹角) 张旭红等采用自行设计的冲击摆系统模拟铝蜂窝夹芯板在爆炸载荷下的动态响应,研究发现夹芯板中铝板厚度和夹层材料的相对密度对其爆炸载荷下的动力响应有重要影响,75,三.研究方案,研究目标,蜂窝结构可以减缓航天器在轨发射与分离过程中产生的冲击和振动,通过仿真分析其吸能效果的影响因素,进而实现吸能结构的优化设计,三.研究方案,应用有限元软件对蜂窝结构进行建模,仿真分析其承受冲击的过程; 通过仿真研究其变形过程,并分析其变形机理; 对不同参数的蜂窝结构吸能效果进行对比分析,研

4、究吸能特性与芯材结构参数之间的关系,并考虑载荷变化和蒙皮厚度的影响; 针对具体工况进行缓冲结构设计与参数优化,研究内容,本论文有限元仿真建模和分析工作都拟在Ansys/LS-DYNA下进行。LS-DYNA程序是功能齐全的几何非线性、材料非线性以及摩擦和接触分离等界面状态非线性程序。 应用ANSYS程序进行有限元建模,考虑分别应用两种单元shell163和solid164,仿真后和实际结果比较并对比两种模型的优劣,确定后续仿真应用的模型,铝蜂窝模型的建立和对冲击过程的动态仿真,三.研究方案,技术路径,三.研究方案,吸能特性与芯材参数之间关系的研究,技术路径,本论文拟分析蜂窝吸能特性与其芯材厚度、

5、边长、夹角等结构参数和材料特性参数之间的关系,分别针对某一参数变化的情况进行仿真分析,得出这一参数与吸能特性之间的关系,针对具体工况的缓冲设计与优化,根据上面分析所得出的结果,结合具体冲击情况的冲击参数,即可得出所需特定材料的蜂窝结构尺寸,再参考实际允许尺寸进行优化,技术路径,三.研究方案,缓冲效果实验验证,通过地面跌落试验对设计进行验证,地面跌落方案中选取几种研究过的作对比蜂窝进行试验,调节跌落高度可以获得不同的冲击力,对蜂窝结构的冲击过程进行有限元分析和仿真; 对比得出不同参数对蜂窝结构的缓冲吸能效果的影响关系; 针对具体工况设计蜂窝缓冲装置并进行参数优化; 总结内容完成一篇论文,三.研究方案,预期目标,四.工作计划,五.前期工作,参与收口装置外场跌落模拟发射试验,进行收口装置的跌落前装配和跌落后检查工作,分析装置出现问题的原因并提出改进方案。 据某科研任务进行收口装置现场发射试验,进行收口装置的调试与安装工作,同时记录了试验中使用的铝蜂窝部件经过冲击后的变形情况,根据某收口器装置研究需要设计并制造了如图所示的质心-扰动扭

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