蜂窝铝板准静态平压模拟仿真研究

摘要铝合金材料一直是近些年的热门研究材料，以其自身轻量化的特性深受企业、研究者的密切关注。高强度、耐磨、轻量化等高频热门词汇也成为当今汽车零部件强化发展的重要性能指标。而灵感来源于大自然工艺的六边形蜂窝，以蜂窝网状结构为中间芯部结构的蜂窝夹层板，因其独特的结构和整体稳定性，不仅以质量最轻、耗材最少的特点独树一帜，而且相比同等体积的其他材料更备受青睐。同时具有铝合金与蜂窝结构的蜂窝铝合金夹层板，更是在广泛的领域得到了应用和发展。铝合金没有放射性，也不会散发任何对人体有害的气体，更可以得到完全的重复回收利用，实现能源和资源的节约利用，把对环境的污染程度降到最低，这使得蜂窝铝板成为一种节约能源、绿色环保、健康无污染的新材料。由于同时具有以上这些优点，蜂窝铝板被广泛应用于航空航天、交通运输、工业制造、建筑装饰等各领域。目前，国内外常见的蜂窝板均为胶粘式蜂窝板，胶粘剂的存在很大程度上限制了其强度性能和使用寿命。而焊接蜂窝铝板的衔接方式为冶金结合，其力学性能明显高于胶粘蜂窝板。因此，研究和设计具有优良综合性能的焊接式蜂窝铝板具有十分重要的意义。近年来，国内外学者对蜂窝板的动态冲击性能及面内等效参数的研究较多，对蜂窝板静态平压性能或利用有限元软件分析的报道研究较少，为了拓展其应用领域，本文以焊接蜂窝铝合金夹层板为研究对象，利用有限元模拟仿真软件ANSYS，模拟了蜂窝铝板准静态平压下的变形过程，提高了试验效率，且为进一步的理论研究奠定了基础。本文的主要研究内容及结论：分析主要影响蜂窝板静态平压性能的结构参数，即蜂窝芯边长、壁厚和高度，而蜂窝板上、下面板的厚度对其平压性能几乎不产生影响。利用试验优化设计原理，使用方差分析、交互作用分析，分别研究了结构参数对平压性能影响程度的显著性，并证实了参数两两之间具有的交互作用，对蜂窝板平压性能共同产生了综合影响。通过分析和优化获得蜂窝板综合条件下的最优参数组合，在保证力学性能的同时，在一定程度上降低成本，提高经济效益。关键词：铝合金；焊接；蜂窝铝板；平压性能；ANSYS；试验优化AbstractAluminumalloymaterialhasbeenahotresearchmaterialinrecentyears,becauseofitsowncharacteristicsoflightweight,whichispaidcloseattentionbyenterprisesandresearchers.Highstrength,wearresistance,lightweightandotherhigh-frequencypopularwordshavealsobecomeanimportantperformanceindexforthestrengtheningdevelopmentofautomotiveparts.Inspiredbythenaturecrafthexagonalhoneycomb,honeycombsandwichplatewithhoneycombmeshstructureasthemiddlecorestructure,becauseitsuniquestructureisnotonlyinthesamevolumeofothermaterialswiththelightestquality,theleastconsumables,butalsobecauseofitsoverallstabilityisfavored.Atthesametime,honeycombaluminumalloysandwichpanelwithaluminumalloyandhoneycombstructurehasbeenappliedanddevelopedinawiderangeoffields.Aluminumalloysareneitherradioactivenoremitanyharmfulgases.Aluminumalloycanbecompletelyrecycled,energyandresourcescanbesavedandutilized,andthepollutiondegreetotheenvironmentcanbeminimized,whichmakeshoneycombaluminumplatebecomeanewmaterialofenergysaving,greenenvironmentalprotection,healthandnopollution.Becauseoftheaboveadvantages,honeycombaluminumplateiswidelyusedinaerospace,transportation,energy,constructionandpackagingfields.Atpresent,thecommonhoneycombplatesathomeandabroadareadhesivehoneycombplates,toalargeextent,theexistenceofadhesivelimitsitsstrengthperformanceandservicelife.Thebondingmodeofbrazedhoneycombaluminumpanelismetallurgicalbonding,anditsmechanicalpropertiesareobviouslyhigherthanthatofadhesivehoneycombplate.Therefore,itisveryimportanttostudyanddesignbrazedhoneycombaluminumplatewithexcellentcomprehensiveproperties.Inrecentyears,domesticandforeignscholarshavestudiedmoreonthedynamicimpactperformanceandin-planeequivalentparametersofhoneycombplates,butlessontheuseoffiniteelementsoftwareunderstaticflatpressureconditionsofhoneycombplates.Forexpandingtheapplicationfieldofhoneycombaluminumplate,thispapertakesbrazedhoneycombaluminumalloysandwichplateastheresearchobject,usesthefiniteelementsimulationsoftwareANSYS,tosimulatethedeformationprocessofhoneycombaluminumplateunderquasi-staticflatpressure.Inthisway,improvingtheexperimentalefficiencyandthefoundationislaidforfurthertheoreticalresearch.Themaincontentsandconclusionsofthispaperareasfollows:Analyzingthestructuralparametersthatmainlyaffectthestaticflatpressureperformanceofhoneycombplate,whicharethesidelength,wallthicknessandheightofhoneycombcore.Thethicknessoftheupperandlowerplatesofthehoneycombplatehaslittleeffectonitsflatpressureperformance.Usingtheprincipleofexperimentaloptimizationdesign,ANOVAandinteractionanalysis,thesignificanceoftheinfluenceofstructuralparametersontheflatpressureperformanceisstudied,andtheinteractionbetweentwoparametersisconfirmed,whichhasacomprehensiveeffectontheflatpressureperformanceofhoneycombplate.Theoptimalparametercombinationundertheconditionsofhoneycombplatesynthesisisobtainedbyanalysisandoptimization.Ensuringthemechanicalpropertiesatthesametime,toacertainextentreducethecost,improveeconomicbenefits.Keywords:Aluminumalloy;Welding;Honeycombaluminumpanel;Flatpressureperformance;ANSYS;Experimentaloptimization

目录TOC\o"1-5"\h\z\u第一章绪论 第一章绪论1．1引言1.1.1课题研究背景随着时代科学技术的进步与发展，铝合金当属现今的热门研究材料，而高强度、耐磨、轻量化等形容词不仅成为当今汽车零部件强化发展的重要性能指标，也实属汽车领域中的高频热门词汇。众所周知，铝是地壳中含量最多的金属元素，在金属材料的加工使用过程中，铝及其合金制品的用量仅次于钢铁材料，且位居有色金属首位。铝合金具有良好的加工性能，通过基础的热处理手段就可获得较高的强度，如6061-T6，其抗拉强度能够达到260MPa。相对于钢铁而言，相同体积下的铝合金重量更轻且密度只有钢的34%[1]。同时，铝合金板材因其具有质量轻、强度高、耐腐蚀、美观易清洁等优点，应用范围已渗透至各个行业领域乃至民众的生活，在工业生产和国防建设方面都有着举足轻重的作用。近些年，随着铝合金的使用增多，轻量化的应用广泛，铝合金蜂窝夹层板走入人们的视野。其蜂窝状的夹层结构能够较好地满足低密度、轻质、降成本的需求，铝合金材质的防腐、耐磨、高强度更是深得企业的青睐。蜂窝夹层板又称蜂窝夹芯板，是一种复合结构板材，由上下面板和中间芯层组成，其芯层由形似蜂巢的正六边形结构，以水平方向纵横密排而成，这种结构比其它任何结构都更为稳定和坚固。类似的基础夹层板芯部则由基础网格，形如：正方形、矩形、菱形、正弦波形等横截面密排构成。同时，芯部可使用的材料形式也多种多样，可以是铝合金、玻璃、木板、泡沫甚至是纸板等，面板也可采用铝合金、纤维板、玻璃钢板等，不仅能够节省能源更能减少污染，符合绿色发展。越来越多以蜂窝夹层结构为基础的铝合金板材广泛应用于航空航天、船舶运输、工业制造、建筑装潢、高铁轻轨以及包装材料等各领域，这是一种典型的高强度轻质复合材料，不仅具有吸音隔热、抗震耐磨等优点，还有较高的比强度和比刚度。1.1.2铝合金蜂窝夹层板的特点与普通铝板相比，蜂窝铝板具有以下几个重要特点：（1）质量轻，密度小。蜂窝铝板是一种多孔的不连续材料，横截面积相对较小，因而密度也小。采用蜂窝铝板既能减轻制件本身重量，也能节省能源和材料。（2）强度高，刚性好。从力学角度分析，蜂窝板结构与工字梁相似，当其承受弯曲载荷时，上面板被拉伸，下面板被压缩，上下面板就相当于工字梁的翼缘，承受近乎全部的侧向正应力；而蜂窝芯传递剪切力，相当于工字梁的腹板，承受所有剪切应力。（3）减震、抗冲击性好。蜂窝铝板在承受外力载荷时，能吸收大部分能量，因此具有良好的减震效果，同时具有的较好韧性和回弹性能够抵抗部分外力冲击。（4）吸音、隔热、防火阻燃。蜂窝材料本身不具有吸音隔热的效果，但蜂窝铝板却能够起到很好的隔热吸音效果。实验表明，蜂窝夹层结构的声疲劳强度比一般板材高9000多倍，而厚度超过2英寸的蜂窝夹层结构吸音效率高达95%，可以大大降低噪声污染[2]。（5）成型性好，美观易清洁，且环保无污染。蜂窝铝板可根据不同工作环境要求制成各种不同的板件，如平板，单、双曲面板，成型后不易变形。可以直接使用磨光的蜂窝铝板，也可以在表面涂覆不同图案颜色的覆盖层，使用后也可以通过回收反复利用，最大限度降低对环境的污染，节约资源。1.1.3铝合金蜂窝夹层板结构工艺蜂窝结构是人类运用仿生学机理，研究制成的一种新型复合结构材料，是根据自然蜂窝六角六边形的完美结构所构筑出的一种高强度、高稳定性且具有一定艺术性的作品，其研究成果在仿生学应用领域中不仅运用较为广泛且发展前景较好。这种正六边形的蜂窝夹层内芯，以一系列连续的相同网状结构和多墙面纵横排列，将所受各方外力沿正向和切向分解，使蜂窝结构抵抗挤压应力的能力相比任何其它面体形状，都大为提高。蜂窝夹层结构能够以最少的材料消耗，构造出极为坚固的承载体积，并且能够同时保证结构稳定不易变形。铝合金蜂窝夹层板以上下两块面板及中间的蜂窝状夹层大大节省了材料，减轻了质量，也可设计成多种尺寸以满足使用需求，同时降低成本，提高经济效益。1.1.4铝合金蜂窝夹层板的制备铝合金蜂窝夹层板同时具备了质轻、密度小、稳定和强度高的特点。铝合金蜂窝夹层板就是把具有一定形状的蜂窝铝芯体和铝面板通过一定的衔接手段，使两者成为一个整体。传统蜂窝夹层板的制作方法主要有以下三种：粘接法、焊接法和粉末冶金法。（1）粘接法：将聚氨酯等粘接剂涂抹或喷涂在芯层与面板的接触面上，因聚氨酯具有热塑性，使芯层与面板结合在一起，这是利用接触面上粘接剂的黏附力实现连接。粘接法是最简单常用的方法，属于物理连接，制作工艺简单方便，且成本低，成品精度高。然而，用粘接法制作的夹芯板性能易受周围环境影响，当板材处于高温条件或腐蚀条件下，力学性能较差，粘接强度降低，面板与芯层易发生脱离开裂。（2）焊接法：将低熔点铝基合金钎料放置在实体金属板与铝合金芯层接触的上下两面之间，再经过加压和加热，使两者通过熔化的钎料紧密焊接。这种方式属于冶金连接，实现了夹层材料的不可拆卸，使蜂窝芯体与面板之间达到了一种更高的结合强度，同时也在一定程度上提高了夹层板的整体性能。这种连接方式适用于芯层与面板均为金属的夹层板制作。然而这种工艺的不足之处就在于，铝或铝合金材料与焊剂结合时易发生腐蚀，此外还会导致材料结构在焊接区域仅限孔棱处的强度降低。（3）粉末金属冶金法：利用铝合金，增黏剂和发泡剂制成发泡预制坯，将发泡预制坯与金属板料进行热压复合，再加热升温制备中间芯体。这种制备方法实现了材料界面的冶金结合，结合层强度更高。但是这种连接方法工艺复杂，易产生发泡不均匀等问题，且产品尺寸受到热压模具的影响。1．2国内外蜂窝板力学性能研究现状近年来，国内外学者对于蜂窝夹层板不同的力学性能研究逐渐增多。目前，国内对于焊接式铝合金蜂窝板的报道相对较少，对蜂窝夹层板的研究也多集中于胶粘式蜂窝板，利用有限元法的分析也多用于研究蜂窝纸板和蜂窝结构的面内性能以及动态冲击性能，对于焊接铝合金蜂窝夹层板的准静态平压性能的相关研究报道较少，缺乏丰富的理论知识和实践经验。而国外学者相较于国内，更多的是集中于实际生产与应用，开发新型复合材料，对于单项的准静态平压性能研究极为少见。1.2.1平压性能研究现状Gibson等人是最早提出，单型蜂窝结构静态平压过程中变形与失稳的情况，并指出蜂窝结构失稳存在两种典型机制，即弹性弯曲和以梁端形成“塑性铰”为特征的结构塑性坍塌。1983年，Gibson和Ashby详细介绍了铝蜂窝材料的力学性能，从实验和理论角度分析了铝蜂窝的弹性、屈曲、坍塌模式、孔型结构和相对密度对各种力学性能的影响等性质，并提出了Gibson公式[3]，证明了铝蜂窝高度方向的强度与铝蜂窝的相对密度有很大关系。王颖坚[4-5]于1991年在Gibson等提出的等壁厚蜂窝结构在面内剪力作用下的单元分析不满足平衡条件下，建立了等壁厚蜂窝结构在面内剪力作用下的变形模式，从而推导出了蜂窝结构面内折合剪切模量的计算公式。王飞等[6]利用代表单元模型，数值模拟了在不同相对密度范围的单型铝蜂窝结构在单向压缩过程中的变形、失稳和破坏过程，并将转角刚度方法加以推广，结合数值模拟分析了结构失稳和破坏的三种不同特征及其相应的细观力学机制，指出无论铝蜂窝结构失稳和破坏的形式是弹性屈曲还是塑性崩塌，结构变形分岔是引发结构失稳（局部或全场）和塑性软化破坏的直接原因。由推广的转角刚度方法计算得到的代表单元起始失稳分岔时的应力与有限元数值计算和实验得到的结构极限应力一致，消除了公式预言的极限应力理论值与实验结果的偏差。1.2.2侧压性能研究现状蜂窝夹层板的侧压强度是设计和开发新型蜂窝板的重点研究方向，它与平压强度一样重要。蜂窝夹层板的侧压方向即平行于面板方向的压缩，存在着力的压与弯的耦合，在实际试验中，试样除了产生压缩变形外，还将发生弯曲变形，如果没有蜂窝芯的支撑，面板极易失稳。因此，对夹层结构的极限强度分析，实质上也是对稳定性的分析。但目前国内外对于蜂窝夹层板的侧压性能研究较少，且暂无纵向、横向的细致区分，纵向研究较多。1.2.3弯曲性能研究现状蜂窝夹层板的弯曲性能与面板、蜂窝层及其接口处的组合性质相关，这些基础材料积聚任何一处或多处的损坏都会对蜂窝板的整体性能产生影响。由于蜂窝板结构与工字梁相似，当其承受弯曲载荷时，上面板被拉伸下面板被压缩，这时面板相当于工字梁的翼缘，承受了近乎全部的侧向正应力；而蜂窝芯相当于工字梁的腹板，传递剪切力，承受了所有的剪切应力。黄须强、李永强等人[7-8]先后于2007至2008年，应用经典叠成板理论、一阶剪切板理论和三阶剪切板理论分析了四边简支条件下对称蜂窝板的弯曲振动。祝涛、王德禹[9]考虑蜂窝板面内载荷对壁板弯曲的影响，对Gibson公式进行了修正，提出了一种蜂窝芯层的非线性等效拉伸弹性模量的拟合方法。Daniel等[10]对蜂窝板进行了三点弯曲实验以及四点弯曲实验，试验分别采用应变片和莫尔技术测量了面板和蜂窝芯的应变，研究结果发现，无论采用何种方式的弯曲加载，面板均为主要受力部分。通过弯矩应变关系曲线可以发现，受压面板表现出较弱的非线性，而受拉面板表现出较强的非线性。蜂窝板在弯曲作用下可能出现的破坏模式有：蜂窝芯的剪切破坏，面板的屈曲、凹陷以以及起皱等典型破坏。Daniel和Abot利用两种方式的弯曲实验对蜂窝板弯曲变形进行研究。结果发现蜂窝板在纯弯曲状态下，结构破坏主要发生在受压面板上，且最大应力、应变值比面板材料的应力应变值要高；而非纯弯曲状态下，蜂窝板的破坏强度主要由蜂窝芯的剪切强度决定。Y.M.Jen等人[11]采用了四点弯曲法，对蜂窝复合材料进行了试验研究，发现蜂窝芯与蜂窝面板之间的粘结性能的好坏影响着蜂窝复合材料疲劳破坏的强度，蜂窝复合材料的弯曲疲劳强度随着蜂窝材料密度的增加而增加，并通过有限元的分析，证实了边界应力对疲劳寿命的影响。1.2.4冲击性能研究现状无论作为用于运输承载或是内外建筑装饰的板材，都难免遭遇碰撞和冲击等，导致板材变形损坏，从而降低其正常性能影响正常使用。为保证蜂窝板在经受低速冲击后仍能具有原来的力学性能，最大程度减免变形损伤，对蜂窝铝板动态冲击性能的研究也是十分必要的。卢文浩和鲍荣浩[12]在对六边形单个蜂窝体单元进行理论分析的基础上，用ABAQUS模拟了动态冲击下蜂窝结构的变形情况。冲击载荷下，六边形蜂窝材料的变形破坏模式比较稳定，能够吸收大量能量，有极佳的吸能缓冲作用。王闯等人[13]以蜂窝结构为研究对象，推导出正六边形蜂窝单元计算相对密度的公式，分析了它的动态压演过程，并以此为基础设计了用于着陆缓冲的蜂窝减震器。辛亚军、张立伟等人[14]研究证实了铝蜂窝夹层板在落锤低速冲击作用下的破坏过程经历五个主要阶段，分别为弹性阶段、局部损伤阶段、强化阶段、整体损伤阶段和致密阶段。在落锤低速冲击条件下，夹层板的承载能力和吸能能力，相比准静态条件有明显的提高。张立伟[15]通过对蜂窝铝夹芯板进行低速冲击试验，分析了半球形和平端冲头冲击下蜂窝板各种参数的变化对其承载能力和能量吸收的影响。试验证明，在半球形冲头冲击条件下，夹层板的极限承载能力和吸能随着蜂窝芯边长的减小、面板厚度和蜂窝芯高度的增加而增大，冲击速度对夹层板极限承载能力的影响较大，对吸能影响较小；在平端冲头的冲击下，随着面板厚度的增加，夹层板的极限承载能力和吸能有较大的增加，而夹层板的性能受影响较小。同时，还进行了更多参数变化的模拟分析：结果表明，与低速冲击相比，高速冲击条件下夹层板整体吸能及各部分的吸能并无明显变化，冲击位置、蜂窝芯壁厚、冲击角度等参数条件的变化对夹层板整体吸能及各部分的吸能有较大影响。俎政、原天宇等人[16]为研究蜂窝夹层板经多次低速冲击及冲击后的剩余强度情况，采用ABAQUS软件，对蜂窝板的同一位置进行了不同能量、频次的冲击仿真试验和计算，并对已遭损伤的板材进行压缩剩余强度的试验。试验结果显示，在冲击总能量相同的条件下，多次低能量冲击比单次高能量冲击造成的损伤小，剩余强度高。在压缩过程中，凹坑处应力变化明显，远离凹坑处应力变化较小。1.3课题研究目的意义和主要工作1.3.1课题研究目的为提高试验效率，降低试验成本，本文基于ANSYS软件建立铝合金蜂窝夹层板的有限元模型，通过改变具体结构参数：蜂窝芯边长、高度、壁板厚度以及上下面板厚度，模拟进行准静态平压的力学仿真试验，从而探究影响铝合金蜂窝夹层板平压力学性能的主要影响因素，即与夹层板变形程度的相关参数。分析试验结果并优化结构参数，由此改善蜂窝夹层铝合金踏板的综合性能，实现轻量化，并在一定程度上延长其使用寿命，降低成本，提高经济效益等，达到一系列实际生产和应用的需求。1.3.2课题研究意义作为一种高强度、减震耐磨、美观易清洁的轻质材料，铝合金蜂窝夹层板可用于制作航空航天、汽车零部件及包装材料等。随着铝合金蜂窝夹层板的推广，针对其力学性能进行的一系列研究就显得尤为重要。影响蜂窝夹层板力学性能的主要结构参数包括蜂窝芯边长、蜂窝芯壁厚、蜂窝芯高度及其上、下面板的厚度。通过分析不同结构参数对蜂窝夹芯板准静态平压性能的影响，可以改进蜂窝夹芯板的抗压强度和承载能力，并对蜂窝板的结构进行优化设计，提高使用寿命和经济效益。将蜂窝夹层铝合金结构应用于踏板，除保留其原有的优良性能和特点还需要考虑众多影响因素。改善其整体抗压能力和单元承载力是提高踏板综合性能的关键。国内众多企业单位已开始大量使用蜂窝夹层铝板，但国内相关领域的研究较少，批量生产和应用更是缺乏理论支持和实际经验，一系列问题随之出现，如：板材承载力不足，寿命短，易弯折，稳定性不高等。因此，本论文研究拟基于ANSYS软件对蜂窝夹层铝合金板进行有限元模型的建立和分析，通过模拟对面板整体的准静态平压力学试验，进一步研究蜂窝板结构参数对蜂窝铝合金板性能的影响，由此改善蜂窝夹层板的综合力学性能，并运用于实际，为优化蜂窝夹层铝合金踏板结构参数提供理论依据和技术支持。本研究有助于蜂窝夹层铝板的结构优化、性能校核、寿命预测和运用推广，还有望使其基础理论与应用领域有进一步的扩展。1.3.3课题研究的主要工作内容使用ANSYS有限元仿真试验软件对蜂窝夹层铝合金踏板进行三维建模，并对模型进行简单力学理论分析，确定主要结构参数，建立多组蜂窝夹层板力学性能模拟试验。通过改变蜂窝芯边长、壁板厚度，面板厚度等组合结构参数，模拟蜂窝板变形情况；绘制数据记录表、折线图等，记录各参数变量条件下的总变形量值；对比分析各结构参数的变化对平压力学试验下变形程度产生的影响；进而得出结论，总结主要影响因素，优化结构参数，达到改善蜂窝夹层铝合金踏板综合力学性能的目的，实现轻量化，延长使用寿命，降低成本的目的。本文的主要工作包括：（1）研究不同结构参数组合条件下蜂窝夹层板准静态平压特性，记录结果数据，综合分析蜂窝芯边长、蜂窝芯壁厚、蜂窝芯高度及上下面板厚度对蜂窝板静态平压性能的影响，总结规律及其优化方案。（2）根据蜂窝夹层板的芯层结构特征及其静压特性，研究不同结构参数条件下蜂窝夹层板的有限元建模技巧，掌握建模过程中的单元类型设置、材料特性定义，单元网格划分等方法。（3）采用ANSYS有限元软件对蜂窝夹层板几何建模，改变结构参数施加平压载荷并进行计算，获得不同条件下的等效应力、应变和总变形位移量数值及三维演示图。（4）比较分析ANSYS计算结果，利用MINITAB设计正交实验、优化试验数据，获得最佳结构参数组合，实现提高铝合金蜂窝夹层板的综合性能的同时降低成本，提高经济效益的目标。

第二章利用有限元法进行模拟仿真试验2．1引言使用通用有限元软件模拟具体问题时一般需要经过建立几何模型，划分网格，设置几何、材料参数，定义载荷工况、边界条件等几个步骤。本章主要分析了在建立有限元模型及定义各项参数的过程中需要考虑的一些问题，以便能够更加准确的仿真模拟分析铝合金蜂窝夹层面板及蜂窝芯层受到准静态平压过程中的变形程度，确保其更加接近实际情况。利用有限元法解决具体的实际问题时，一般都需要经过三个最基本的步骤：结构离散、单元分析以及整体分析。结构离散化是有限元法的基础，是分析的首要步骤，是影响计算精度和效率的关键。结构离散化就是把需要求解的结构划分为有限个数单元的集合体，再通过节点把单元与单元、单元与边界之间连接起来。这样的集合体能最大程度的模拟或逼近待求解的结构。结构离散化主要有两个内容，一是设定单元类型，二是划分网格单元。设定的单元类型是要最合适的单元类型，能够最大程度地接近待模拟实体实际的物理性能。划分的单元总数和给定实体内的单元大小、类型是需要判断的主要问题，不仅取决于研究期望达到的精度值，也取决于实际受载荷条件下实体的物理性质。在划分网格单元时也要注意网格疏密的选择。2.2ANSYS软件简介ANSYS软件是由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。该软件融合了结构、流体、电场、磁场、声场和耦合场的分析于一体，是大型通用有限元分析软件。ANSYS主要模块包括前处理，分析计算和后处理三个部分。前处理模块提供了实体建模和网格划分工具，用户可以利用自带的建模工具DesignModel方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，其中结构分析可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析以及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线、梯度、矢量、粒子流迹、立体切片、透明或半透明等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线等形式显示或输出。ANSYS软件有多种不同版本，可运行在小到从个人机大到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等，它能与多数CAD软件接口，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，实现数据的共享和交换。ANSYS是现代产品设计中的高级CAE工具之一，软件提供了上百种不同的单元类型，用来模拟实际工程中存在的各种结构和材料，可应用于航空航天、汽车工业、电子生物、医学、桥梁、建筑等行业。2.3ANSYS软件分析过程有限元分析是对物理现象即几何以及载荷工况的模拟，是对真实情况的数值近似。有限元用较简单的问题替代复杂的问题，然后再求解，它将待求解值域看成是由多个称为有限元的互联子域组成，对每个单元给定一个较简单而合适的近似解，然后推导求解这个值域的满足条件，从而得到问题的解。因为实际困难而复杂的问题被较简单的问题所替代，所以这个解并不是准确解，而是近似解。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。采用ANSYS分析时，必须将实际问题的模型转化为有限元模型，通过划分有限单元，求解有限个数的值来近似模拟真实条件和环境下的无限个未知量。2.3.1ANSYS经典流程使用有限元软件ANSYS进行的模拟仿真试验一般需经过三个过程：前处理过程、加载求解过程和后处理过程。前处理：根据实际问题定义求解模型。包括以下几个方面：首先建立几何模型，定义单元类型、实常数及材料特性，划分网格。有限元模型的质量好坏以及各项结构参数的设置是否合理，是决定整个有限元分析模拟结果正确与否的关键。加载求解：将单元总装成整个离散域的联合方程组，总装是在相邻的单元结点进行，状态变量及其导数在允许的情况下连续性建立在结点处。联立方程组的求解可用直接法或迭代法，求解结果是单元结点处状态变量的近似值。其中包括：定义分析类型，加载约束和载荷，定义载荷步数，求解。这一流程是确定求解目标和所需的力学特性结果，实体所受外力的施加位置及方向。后处理：对所求出的解根据有关准则进行分析和评价，可直接采用通用后处理，也可定义时间历程后处理，最后进行结果分析。图2.1所示，是利用有限元软件ANSYS进行具体仿真试验的经典流程图。图2.1ANSYS经典流程图2.4创建几何模型实际问题中的模型结构和区域一般较为复杂，在进行有限元分析之前必须将复杂的模型结构进行简化，抽象建立出易于处理的几何模型。模型的建立主要有两种方法，方法一是可以先使用CAD软件建立模型，再通过ANSYS的接口将其导入，这种方法适用于初始模型情况复杂，对称区域较少或基本不对称的模型；方法二，对于实际模型情况不复杂，易简化、易创建对称面的简单初始模型，可使用软件自带的建模功能DesignModel实现，省去后续的导入步骤。2.5定义材料性质与边界条件定义模型材料性质时，可以直接通过ANSYS软件自带的材料库Engineeringdatasources提供的上百种线性与非线性材料，在工作流界面导入，也可以自行添加自定义的材料特性并给定赋值。定义材料性质包括两个步骤：输入材料特性参数以及对单元施加特性。本文采用焊接蜂窝铝合金板，且蜂窝芯与面板材料均为铝合金，为研究其准静态平压力学性能，所以将材料类型定义为线性铝合金，它属于弹性各向同性材料，所以除了定义质量密度、杨氏模量、泊松比等之外，还需要指定材料的屈服准则和硬化定律。硬化定律定义了材料受外力进入塑性变形阶段的后继屈服函数，ANSYS的材料库提供了五种硬化定律，分别为双线性、多线性各向同性硬化，双线性、多线性运动硬化以及混合运动硬化。各向同性硬化定律假设当加工硬化屈服面的半径扩大，屈服面的中心仍保持不变；运动硬化定律假设了当屈服面的形状、大小都不变时，屈服面的中心点可以在应力空间中移动；而混合硬化定律的基本假设是一个初始各向同性硬化与一个典型的运动硬化叠加，塑性变形的程度决定了两者之间的比例。定义材料性质后需要对模型设定边界条件，其中包括位移约束和载荷约束。考虑并确定边界的位移约束需要遵守以下几个原则：（1）当有实际支座和约束时应按实际情况给定边界的位移约束。（2）对局部区域进行计算时，截去区域的位移约束必须符合截去部分对所选局部区域的约束作用。（3）计算模型时不应产生刚体位移，否则会导致节点位移无法反映真实的位移，失去位移场原有的参考价值。根据本文试验的实际情况来说，对于蜂窝板有限元模型应施加位移约束时，上面板需要施加位移载荷；对蜂窝芯有限元模型的壁板下方施加位移约束，壁板上方施加位移载荷的同时还要施加面内的位移约束。2.6划分单元网格网格划分的质量好坏直接关系到计算速度和分析结果的精度，是建立有限元模型的重要环节之一。为了保证划分网格的顺利进行，几何模型不能直接进行单元划分，需要经过一定的修复和清理，转化为有限元模型后再进行网格划分，从而生成高质量的网格。网格划分就是采用适合的类型、数量的单元，将需分析的结构进行离散，即将几何模型系统地或人为地划分为有限个规则或不规则的面体，然后分别对每个面体划分单元网格，再将其拼装成完整的网格模型。如图2.2所示，经过修复、清理后划分网格，将几何模型（a）转化为有限元模型（b）。几何模型(b)有限元模型图2.2几何模型经网格划分为有限元模型在划分网格时也要考虑网格数量与密度因素的影响。计算结果的精度不仅与单元精度有关，还取决于网格的数量和密度；计算规模的大小与效率也受这两个因素的影响。当网格数量较少时，计算精度随网格数量的增加而提高，计算时间无明显变化；当网格数量增加到一定程度后，精度随之变化的程度越来越小，但计算时间却大幅增加。所以在确定网格数量的同时也要综合考虑预计的计算时间和精度。为了更好的适应计算数据的分布特点，划分网格时，在不同的区域应对应不同的密度。在数据变化梯度较大或需要重点分析的部位应采用密度较大的而密集的网格，以获得更高的分析结果精度；其他部分的网格密度则可以相对稀疏，以减小模型计算规模，提高分析效率。因此，几何模型的网格划分数量和密度应经过参考多次模拟试验的结果，综合考虑后得出，既能够满足要求的计算精度，也能够节省出相对合理的计算时间。

第三章蜂窝铝板平压模拟仿真研究3.1引言蜂窝铝合金夹层板的平压力学性能是其重要力学性能之一，为降低试验成本、提高运算效率，近似实际试验结果，获得平压过程中蜂窝铝板的等效应力、应变、总形变量等力学性能特性，本章采用有限元软件ANSYS对蜂窝板平压试验过程中的应力分布、变形特点等进行仿真模拟分析，为进一步的理论研究提供参考和数据支持。3.2蜂窝铝板平压性能仿真研究3.2.1蜂窝板有限元模型建立蜂窝板有限元模型的建立包括：几何模型建立、材料特性定义、划分单元网格及边界条件和约束载荷的设置。3.2.1.1建立几何模型由于蜂窝夹层板几何模型实际结构较为简单，本文直接使用ANSYS自带的DesignModel建模功能进行几何模型的建立。因为蜂窝芯是由有限个相同的正六边形纵横密排构成，因此可以简化建模过程。首先构造一个基础单元草图（如图3.1左）及上、下面板的草图（如图3.1右），其次分别对其拉伸并给定厚度，再使用对称、阵列、镜像等命令，将一个蜂窝芯基础单元体纵横排列，生成多个相同的正六边体，由此得到有限个单元体密排的实体。最后将多余的实体单元剪切去除，修整实体模型边界，即可得到一个完整的实体板材。图3.1蜂窝芯基础单元草图（左）与面板草图（右）为简化计算，提高运算效率，本文进行试验使用的模型大小为原始模型的四分之一（如图3.2），并在X轴与Y轴方向设置对称面（图中标红区域）。图3.2四分之一模型与X、Y轴对称面3.2.1.2定义材料特性ANSYS提供了多种塑性材料模型选项，通过分析和比较，双线性各向同性硬化（BilinearIsotropicHardening）和多线性各向同性硬化（MultilinearIsotropicHardening）这两种塑性材料模型都适用于分析蜂窝板结构。但为了便于分析研究，简化计算和提高运算效率，本文只选用线性铝合金材料，其材料属性为：弹性模量E=71GPa，泊松比μ=0.33，密度ρ=2.77×103kg/m3。3.2.1.3网格划分本试验划分网格依据不同蜂窝板具体尺寸进行自由划分，以蜂窝芯边长=10mm，蜂窝芯壁厚=0.05mm，蜂窝芯高度=20mm为例，上下面板厚度为1mm，则蜂窝铝板总体尺寸为400×200×22mm。采用网格尺寸4mm，划分单元网格后共计23703个单元，20235个节点，划分后具体模型如图3.3所示。由图中可以看出，网格划分疏密程度能够满足试验要求。图3.3划分网格后的有限元模型3.2.1.4设定约束条件与施加载荷根据试验需求和具体实际情况，使用的模型仅为实际板材的四分之一，因此，施加的固定面积与载荷力及受力面积也均缩小至原先的四分之一。即对蜂窝板模型的下面板（底面）一侧大小为80×70mm的面板进行固定，如图3.4（a）；对上面板另一侧大小为100×50mm的面板施加平压载荷，如图3.4（b），载荷方向垂直蜂窝面板，大小为500N。（a）固定位置（b）施加载荷位置图3.4固定约束与施加载荷位置示意3.3选取蜂窝板参数及范围经过查阅和总结众多学者的试验结果与研究结论可知，影响蜂窝夹层板平压力学性能的主要结构参数有三个，分别为蜂窝芯边长、蜂窝芯厚度和蜂窝芯高度。相对前面三个结构参数而言，蜂窝板上下面板的厚度，对其整体的平压性能来说，几乎没有影响，所以本文不添加面板厚度这一参数，不考虑其影响性，且设定试验过程中上下面板厚度均为1mm，则所选面板总体尺寸为。设定各结构参数范围如表3.1所示。表3.1蜂窝板主要结构参数及其范围结构参数参数范围蜂窝芯边长l4-10mm蜂窝芯壁厚t0.05-0.35mm蜂窝芯高度h5-20mm3.4设计正交试验3.4.1正交试验简介正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性，从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分式析因设计的主要方法[17]。正交试验设计是一种具有高效率、快速、经济等特点的实验设计方法。正交表是由日本著名的统计学家田口玄一发明，他将正交试验选择的水平组合列成表格，则称之为正交表。当析因设计要求的试验次数太多时，为了减少不必要的计算次数，提高试验效率，一个自然而然的想法出现，就是从析因设计的水平组合中，选择一部分有代表性的水平组合进行试验，因此就产生了分式析因设计。3.4.2选取正交试验表根据上节所述，确定蜂窝芯边长、蜂窝芯壁厚以及蜂窝芯高度为主要影响结构参数，研究其可变范围，则因子数为3。综合考虑各因素给定4水平数，能够较为全面的代表各参数的范围特征值。各水平选取数值见下表3.2。表3.2选取试验因素与水平水平因子蜂窝芯边长/mm蜂窝芯壁厚/mm蜂窝芯高度/mm140.055260.1510380.25154100.3520因考虑到试验过程中存在误差，全部安排完因素后留下一列空白列作为误差列，以便考察试验误差，进行方差分析。因此，本章设计了一个4因素，4水平的L16正交试验，见下表3.3。表3.34因素4水平L16正交试验表序号蜂窝芯边长/mm蜂窝芯壁厚/mm蜂窝芯高度/mm误差列140.0551240.15102340.25153440.35204560.05103660.1554760.25201860.35152980.051541080.152031180.2552续表3.3序号蜂窝芯边长/mm蜂窝芯壁厚/mm蜂窝芯高度/mm误差列1280.3510113100.0520214100.1515115100.2510416100.3553本文依据正交试验的分式析因设计原理，选择部分有代表性的水平组合进行试验，共进行了16组有效试验。将有限元模型的总变形位移量作为响应值Y。

第四章蜂窝铝板仿真试验结果分析4.1引言根据实际情况问题的要求，所需的计算结果应包括蜂窝板的等效弹性应变、等效塑性应变、等效应力以及总变形量。经过有限元软件的运算，获得计算值，随机选取其中一组试验，观察其运算结果示意图。4.2等效应力应变及总变形图图4.1所示，分别为蜂窝芯尺寸mm的（a）等效弹性应变，（b）等效应力值以及（c）总变形量。（a）等效弹性应变(b)等效应力（c）总变形量图4.1随机试验模型的等效应力应变和总变形三维图从图中可以看出，蜂窝夹层铝合金踏板在该材料特性设置条件下的平压过程中，最大等效弹性应变为2.7456×10-3m/m，最大等效应力值为1.946×10-8Pa，最大变形量位移为9.8559×10-4m。通过分析图中示意及文字数据可见，等效应力、应变值在靠近施加外力载荷一侧的蜂窝芯边缘和面板四周较小，为难变形区域；面板中间及沿X轴靠近受力一侧的应力应变值较大，此处容易发生变形。最大变形区域集中在载荷施加区域，变形影响由施加载荷处呈波纹状向外传递，变形程度逐渐减小。通过对比以上三种反映蜂窝板平压力学特性的三维示意图，可以看出，总变形量位移能够更直观的反映出不同结构参数条件下，外力载荷对蜂窝板的平压效果。总变形量越大，说明蜂窝板变形程度越大，抗压性能越差。4.3模拟计算结果分析16组正交试验运算结果如下表4.1所示。表4.1正交试验模拟仿真结果序号蜂窝芯边长/mm蜂窝芯壁厚/mm蜂窝芯高度/mm误差列总形变位移/mm140.05512.7139240.151020.79861340.251530.38336440.352040.21403560.051031.1993660.15542.5366760.252010.30607860.351520.41425980.051541.0221续表4.1序号蜂窝芯边长/mm蜂窝芯壁厚/mm蜂窝芯高度/mm误差列总形变位移/mm1080.152030.432311180.25522.20111280.351010.8414913100.052020.9855914100.151510.6538415100.251041.250616100.35532.3717由上表的计算结果直观来看，总变形量位移最小的一组蜂窝芯结构参数尺寸为mm，但不能确定该组试验所代表的结构数据为最优组合，还需进一步的优化分析。4.3.1极差分析极差分析法又称直观分析法，具有计算便捷、结果直观、简单易懂的特点，是正交试验结果的常用分析方法。如图4.2是各因素水平对响应的影响程度。图4.2极差分析结果从分析结果中可知，三种结构参数对变形量影响程度依次为：蜂窝芯高度＞蜂窝芯壁厚＞蜂窝芯边长。由于研究试验指标Y望小，希望变形量位移越小越好。因此，通过极差分析得出的因素组合为A1B4C4，即蜂窝芯边长为4mm，蜂窝芯壁厚为0.35mm，蜂窝芯高度为20mm。该组合出现在已经实施的16组试验中，且由计算结果知其引起的变形量最小，但还需利用方差分析来进一步确定各因素影响的显著性。4.3.2方差分析方差分析可以用来检验“两个或多个总体的均值都相等”这一假设。方差分析通过比较不同因子水平下的响应变量均值来评估一个或多个因子的重要性。对于本文试验来说，将总变形量设为响应值，建立一般线性模型，蜂窝芯边长、壁厚、高度为模型因子，采用Tukey方法配对比较，使用系统默认的0.05置信区间及置信水平，并显示方差分析表。得到方差分析结果如图4.3所示。图4.3一般线性模型方差分析结果由上图的方差分析结果可以明显看出，蜂窝芯壁厚、高度的P值都小于0.05，说明二者对总变形量有显著影响，且蜂窝芯高度影响程度更高；而蜂窝芯边长的P值大于0.05，说明蜂窝芯对变形量的影响较小且不显著。4.3.3单因素分析通过单因素分析可以看出各因素与响应均值的关系。绘制各结构参数各水平下变形量均值的变化，如下图4.4。（a）蜂窝芯边长与变形量均值关系（b）蜂窝芯壁厚与变形量均值关系（c）蜂窝芯高度与变形量均值关系图4.4各结构参数与变形量均值关系折线图各因素分析如下：（1）图4.4（a）所示为蜂窝芯边长与总变形量均值的响应，可以看出，在本文研究参数变量范围内，边长为4mm时，总变形量均值最小，且均值随边长增加而增大。当边长6mm≤≤8mm时，边长的变化对均值的影响最小，均值增大趋势最缓；蜂窝芯边长≥8mm时，边长增大对均值的影响相较边长≤6mm时更大，此时总变形量均值增大趋势更快。（2）图4.4（b）为蜂窝芯壁厚与总变形量均值的相关性，可见，当蜂窝芯壁厚为0.35mm时，总变形量均值最小，且在本文研究的参数变量范围内，均值随壁厚的增大而减小。当壁厚≤0.15mm时，均值的减小趋势随壁厚增大而增大；壁厚≥0.15mm时，均值的减小趋势较缓且基本相同。（3）图4.4（c）反映了蜂窝芯高度与总变形量均值的关系，在本文研究的参数变量范围内，总变形量均值随蜂窝芯高度增大而减小。因此，当高度为5mm时，总变形量均值最大；高度为20mm时，总变形量均值最小，且均值减小趋势随边长增大而减缓。4.4最佳优化方案综合本章第三节的极差分析、方差分析过程以及单因素折线图分析可知，在本文研究的结构参数范围内，未发生塑性变形的前提下，蜂窝芯的三个主要结构参数中，蜂窝芯高度和壁厚均对变形量有显著影响且蜂窝芯高度的影响程度最大，而蜂窝芯边长的影响程度不显著。综上所述，各结构参数的最优组合应为：蜂窝芯边长，蜂窝芯壁厚，蜂窝芯高度，并进行计算检验该组合是否为最优参数组合。计算结果如图4.5所示。图4.5最佳优化方案示意图（上）及计算结果（下）该组合计算得出总变形量为2.1403×10-4m，经检验，为计算结果中总变形量最小的参数组合，该组合即为最佳优化方案。

第五章蜂窝夹层铝合金踏板综合性分析5.1引言焊接铝合金蜂窝板以其优越的综合性能广泛应用于城市地铁列车、汽车船舶、以及航空航天、军工制造、建筑设计等领域。焊接铝蜂窝板的灵感来源于蜂窝仿生技术，是由上下两层铝合金金属板，中间夹铝合金蜂窝芯，通过焊接而成的新型合金复合材料。其结构特点为中间芯部及面板为焊接结构，连接方式为冶金结合，在一定程度上提高了这种复合材料的强度。该材料具有耐高温、可焊接、轻质、高强度、隔音、隔热、阻燃、吸能、耐老化等优秀性能，克服了胶粘蜂窝板蜂窝芯性能受粘合剂影响的较大缺点，连接方式比粉末金属冶金更便捷且产品尺寸不受热压模具的限制。5.2经济价值分析（1）蜂窝铝合金夹层板是一种多孔的不连续材料，横截面积相对较小，因而密度也小。采用蜂窝铝板既能减轻制件本身重量，在减少耗材的同时也就降低了成本，提高了经济效益。（2）铝合金材料可塑性高，不易变形、开裂，如果提高制作过程中的工艺出品率，不仅能够减少耗材，节约能源，还能提高经济效益。（3）焊接式铝合金蜂窝板与胶粘式、瓦楞式同类型产品相比较而言，密度更小，抗压、抗弯能力更好，耐高温性也大大提高。因其焊接法制备的纯金属连接部位采用焊接结构不受环境影响，所以使用寿命更是胶粘结构的三倍以上，性能上更是兼顾了结构及连接形态两方面的优势，这就极大程度地提高了产品的经济效益。（4）焊接蜂窝铝合金板在航空航天等高新技术领域的应用逐渐广泛，在汽车零部件的使用频率也逐渐提高，其实用性和未来价值有着无限的可能。如果结合本论文的研究计算结果，采用最佳优化方案进行铝合金踏板的设计和生产，可以提高踏板的平压强度，延长使用寿命，实现低成本和高经济效益。5.3安全性分析蜂窝夹层铝合金踏板具有较高的安全性价值及意义，主要表现在以下几点：（1）整体稳定性好，强度高，可承受较高强度的压力和剪切力，且不易变形。从力学角度分析，蜂窝板结构与工字梁相似。当其承受弯曲载荷，上面板被拉伸的同时，下面板被压缩，面板相当于工字梁的翼缘承受近乎全部的侧向正应力；而蜂窝芯传递剪切力，相当于工字梁的腹板，承受所有剪切应力。在使用过程中即使受力不均，踏板也不会发生塌陷或变形，保证了在踏板上作业人员的安全性。（2）隔热、防火阻燃。蜂窝材料本身不具有隔热效果，但蜂窝铝板却能够起到很好的隔热、隔音效果。且实验表明，蜂窝夹层结构的声疲劳强度比一般板材高9000多倍。当踏板周围温度升高或靠近易燃物时也不会被点燃或轻易发生损坏，甚至还可以隔热，阻隔附近物品燃烧。（3）减震性、抗冲击性好。蜂窝铝板在承受外力施加的载荷时，能吸收大部分能量，因此具有良好的减振效果。铝合金蜂窝夹层踏板也具有较好的韧性和回弹性。当踏板受到动态冲击载荷时能够有效地起到缓冲作用，减小外力的损伤效果，也能有效降低自身的受损。5.4环保性分析铝是地壳含量最多的金属元素，应用领域广泛，原材料来源广。铝合金蜂窝夹层踏板的成型性好，易清洁，可以直接使用磨光的面板，也可以在表面装饰不同颜色图案的覆盖层，使用寿命相对较高。因为蜂窝铝板的中间芯部和上下面板均为铝合金材料，可以100%回收利用，重复利用率很高，还可根据不同部位和工作环境要求制成各种不同的工件，能够最大限度降低对环境的影响，节省资源，绿色环保，美观无污染。

第六章结论与展望6.1本文结论通过利用有限元软件ANSYS对焊接蜂窝铝合金夹层板的准静态平压过程进行仿真数值模拟，设计确定了4因素（含误差项）4水平共16组具代表性的正交试验，分别获得了一系列不同结构参数综合影响下的平压变形过程以及总变形量、等效弹性应变和等效应力的分布图及其力学性能特性。首先，通过综合考虑并总结众多研究、报道和著作中涉及的理论成果及试验结果，可以得到结论：面板的厚度在平压过程中对蜂窝铝板的平压性能几乎没有影响。其次，本文采用了正交试验设计，选取具有代表性的参数组合进行试验计算，在一定程度上提高了计算效率，优化了计算量。同时，运用极差分析、方差分析以及单因素分析，得出结构参数对蜂窝铝板静态平压性能影响作用的显著性，验证三种蜂窝芯主要结构参数与蜂窝芯总变形的相关性，及其综合作用下形变量最小时的优化参数组合，从而得出以下结论：（1）蜂窝夹芯板上下面板对蜂窝板的平压性能几乎没有影响，蜂窝芯的三种主要结构参数中，对蜂窝板变形量影响程度最大的是蜂窝芯高度，蜂窝芯壁厚次之，蜂窝芯边长影响最小且不显著。（2）在一定参数范围内，且未发生塑性变形的前提下，蜂窝芯高度越大，蜂窝板变形量越小，抗平压性能越好。（3）蜂窝芯壁厚决定中间芯部与上下面板的接触面积，在一定程度上，蜂窝芯壁厚增厚，接触面积越多，蜂窝夹层板抗平压性能越好，变形程度越小。但壁板厚度过厚不利于减少耗材和降低成本。（4）蜂窝芯边长决定了一定面积内蜂窝芯的单元个数，即蜂窝芯密度，边长越小单元个数越多，密度越大。但蜂窝芯边长对变形量的影响不显著，且不利于板材轻量化、低密度的需求。6.2展望焊接蜂窝铝合金板综合力学性能优异，且有较为广泛的利用前景，目前国内利用有限元软件对其进行性能分析的相关研究不多，相关领域的应用也比较片面，还有更多的利用价值等待我们去开发和挖掘。由于设备时间有限，本文只利用了一种有限元软件ANSYS，对焊接蜂窝铝合金夹层板及其蜂窝铝合金内芯的平压变形过程，以及部分造成主要影响的结构参数进行了研究，但未对蜂窝芯的破坏形式及形态变化进行分析。本文建立的几何模型、有限元模型虽有一定的可靠性，但在网格划分的精度值上仍有需要改进和提高之处，若在今后的工作中还有相关研究机会，还应对不同的材料性质、结构参数等进一步讨论和研究其对焊接蜂窝铝合金夹层板的力学性能的影响程度，以及在侧压、弯曲及动态冲击载荷等条件下的力学性能进行深入全面的研究。除此之外，蜂窝铝板还具有良好的减震缓冲、隔音隔热等优良性能特点，不仅节省材料节约成本，还符合现代绿色环保要求，更是在装饰美化和建筑设计界另辟蹊径。在后续的研究中，可以围绕其结构参数对减震缓冲、隔音隔热、设计装饰等方面的影响，探索抗冲击、吸音、隔热等机制在交通运输、外部封装等领域的应用。

致谢在本科论文即将完成之际，回首在湖北汽车工业学院的四年求学之路，我深知能够圆满完成学业以及所学所成都离不开各位老师的辛勤指导、各位同学的热心帮助还有家人朋友无微不至的关心与爱护。首先，衷心感谢我的毕业设计指导老师也是班主任李峰光老师，在大学四年的本科生活中，李老师不单在研究和学习过程给予我耐心的指导，而且在我的求学之路上与做事做人方面树立了优秀的榜样。李老师勤恳忘我的工作态度、正直真诚的为人以及求真务实的学风让我难以忘怀。从毕业论文的选题到定稿，无不渗透着李老师的付出。李老师严谨的思维逻辑，深厚的理论底蕴，渊博的知识储备，丰富的实践经验使我受益匪浅，从他的身上使我渐渐领悟到做研究，勤奋与脚踏实地的重要性。值此毕业之际，我谨向恩师致以最诚挚的感谢和最美好的祝福，向各位老师表示深切的感谢。对所引用的论文与著作的作者们在此一并致谢!最后衷心感谢我的家人，在我最需要的时候给予我支持与鼓励，得以顺利完成学业。谨以此文与我最深的祝福献给我的母校以及各位辛勤工作的老师，曾给予我最深切关心和帮助的朋友们：祝愿你们健康快乐！

参考文献杨易琳,牛潮.铝合金踏板加工设备的设计探讨[J].有色冶金设计与研究,2010,31(05):34-36.TOMBitzer,HoneycombTechnology[M],London:Chapman&Hall,1997,1-9,117-148.GibsonLJ,AshbyMF.多孔固体结构与性能[M].刘培生,译.北京:清华大学出版社,2003:80-90.王颖坚.关于蜂窝结构面内剪切模量的注记[J].应用力学学报,1993,10(01):93-97+139-140.王颖坚.蜂窝结构在面内剪力作用下的变形模式[J].北京大学学报(自然科学版),1991,27(03):301-307.王飞,李剑荣,虞吉林.铝蜂窝结构单向压缩、失稳和破坏机制研究[J].力学学报,2001,33(06):741-748.黄须强,吕朝阳,蔡明晖,等.四边简支条件下对称蜂窝夹层板的弯曲振动分析[J].东北大学学报(自然科学版),2007,28(11):1616-1619.李永强,金志强,王薇,等.四边简支条件下对称蜂窝夹层板的弯曲振动分析[J].机械工程学报,2008,44(05):165-169.祝涛,王德禹.蜂窝芯层非线性等效弹性参数[J].上海航天.2008,25(4):15-18.DanielIM,AbotJL.Fabrication,testingandanalysisofcompositesandwichbeams[J].CompositesScience&Technology,2000,60(12-13):2455-2463.Y.M.Jen,L.Y.Chang.EffectofThicknessofFaceSheetontheBendingFatigueStrengthofAluminumHoneycombSandwichBeams[J].EngineeringFailureAnalysis.2009,31(3):455-462.卢文浩,鲍荣浩.动态冲击下蜂窝材料的力学行为[J].振动与冲击,2005,24(1):49-52.王闯,刘荣强,邓宗全,等.铝蜂窝结构的冲击动力学性能的试验及数值研究[J].振动与冲击,2008,27(11):56-61+198.辛亚军,张立伟,刘小蛮,等.蜂窝铝夹芯板动态冲击试验研究[J].机械强度,2018,40(04):802-809.张立伟.蜂窝铝夹芯板低速冲击实验与数值模拟研究[D].燕山大学,2018.俎政,原天宇,汤双双,等.蜂窝夹芯板多次低速冲击及冲击后剩余强度[J].科学技术与工程,2019,19(28):101-109.王学深.正交试验设计法[M].1975彭明军.钎焊蜂窝铝板力学性能研究[D].昆明:昆明理工大学,2013.JeomKeePaik,AnilKThayamballi,GyuSungKim.Thestrengthcharacteristicsofaluminumhoneycombsa