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焊接蜂窝铝板平压力学性能数值模拟研究

作　者: 王塞北
导　师: 孙勇
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 焊接蜂窝铝板蜂窝铝芯平压性能 MSC.Marc
分类号: TG457.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

以蜂窝结构为芯层的蜂窝夹层板,其灵感来源于天然六边形蜂窝。以铝合金制成的蜂窝铝板由于其独特的结构不但在同等体积的其他材料中质量最轻,而且刚度和整体稳定性都非常好,还具有隔音隔热性能。铝合金即没有放射性,也不会挥发任何对人体健康不利的有害气体,还可以完全回收重复利用,节约资源和能源,把对环境的污染降至最低水平,这使得蜂窝铝板成为一种节能、环保、健康的新材料。由于具有上述优点,蜂窝铝板被广泛地应用在航空、航天、交通运输、建筑、军事等领域,用于制造火箭的整流罩、飞机的机翼和货仓、火车的舱壁和地板、汽车的蒙皮和车门、建筑的天花板和幕墙等。用焊接法制造的蜂窝铝板,其接头为冶金结合,克服了胶粘蜂窝铝板强度、使用寿命以及允许的工作环境在很大程度上受胶粘剂制约的缺点,所以其力学性能高于其它同规格的胶粘产品。因此,研究和开发具备优良性能的焊接蜂窝铝板具有十分重要的意义。但目前国内外对蜂窝铝板的研究主要集中在胶粘蜂窝铝板上,有限元法也多用于蜂窝纸板和蜂窝结构的面内性能以及冲击性能的研究,对焊接蜂窝铝芯平压性能的报道极少。为了给焊接蜂窝铝芯进一步理论研究和蜂窝板的开发应用提供信息和依据,本文在对焊接蜂窝铝板力学性能开展研究的基础上,通过MSC.Marc模拟仿真研究蜂窝铝板和蜂窝铝芯的平压变形过程和力学性能。本文的研究工作及结果主要包括：根据实际要求利用MSC.Marc有限元模拟软件重点研究了蜂窝铝板在平压过程中的变形过程和整体的应力分布情况,结果发现焊接蜂窝铝板的面板只传递轴向压力,而对壁板在平压过程中何时失稳没有影响。分析蜂窝铝板在平压过程中局部的应力分布情况,发现壁板交棱处受力最大,表现为应力集中出现在交棱处,相对的,除压缩过程初始阶段外,同一压缩量下壁板中部的应力值远小于交棱的应力值。应力沿交棱的分布并不均匀：交棱端点的应力值始终小于交棱中段的应力值；压缩量较大时,应力峰值常出现在交棱的1/3、1/2和2/3处。本文还进一步用有限元法模拟研究了主要承力部分的蜂窝铝芯在平压变形过程的力学性能以及不同边长和高度对焊接蜂窝铝芯平压性能的影响进行。结果表明,蜂窝芯在轴向压力作用下,壁板交棱处受力最大,表现为应力集中出现在该处。蜂窝芯边长相同时,不同高度对应力最大值影响不大。不论高度如何变化,最大应力值总出现在交棱处,而相对于交棱处壁板中部的应力始终较小,应力最大值出现的位置随高度增加而不断沿交棱向下扩展。蜂窝芯高度相同时,随边长增加应力最大值先减小后回升。不论高度如何变化,最大应力值总出现在交棱高度1/2或1/3处,而相对于交棱处壁板中部的应力始终较小,应力最大值出现的位置随边长增加而有沿交棱下移的趋势。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-26
  1.1 引言  10-18
    1.1.1 蜂窝板结构、特点和制造方法  10-15
      1.1.1.1 蜂窝板结构  10-11
      1.1.1.2 蜂窝板特点  11-13
      1.1.1.3 蜂窝板加工制造方法  13-15
    1.1.2 蜂窝板应用  15-18
  1.2 蜂窝板力学性能研究现状  18-22
    1.2.1 蜂窝板面内性能研究现状  18-20
    1.2.2 蜂窝板面外性能研究现状  20-22
      1.2.2.1 冲击性能研究现状  20-21
      1.2.2.2 形变和失效性能研究现状  21-22
    1.2.3 蜂窝板其他方面研究现状  22
      1.2.3.1 蜂窝板成型制备研究现状  22
      1.2.3.2 蜂窝板优化设计研究现状  22
  1.3 蜂窝板有限元模拟研究现状  22-24
    1.3.1 有限元法概述  22-24
      1.3.1.1 有限元法概念  22-23
      1.3.1.2 有限元法特点  23
      1.3.1.3 有限元法基本思想  23-24
    1.3.2 蜂窝板有限元模拟研究现状  24
  1.4 本课题研究目的、意义和主要内容  24-26
第二章蜂窝板有限元模型建立  26-34
  2.1 引言  26
  2.2 有限元法分析基本步骤  26-27
  2.3 MSC.Marc软件简介  27-28
  2.4 MSC.Marc软件分析步骤  28-33
    2.4.1 建立几何模型和网格划分  28-30
    2.4.2 材料性质和边界条件  30-31
    2.4.3 分析参数设定  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章焊接蜂窝铝板平压性能模拟仿真研究  34-50
  3.1 引言  34
  3.2 焊接蜂窝铝板平压性能有限元分析  34-49
    3.2.1 有限元模型及参数设定  34-35
    3.2.2 模拟结果及分析讨论  35-48
    3.2.3 焊接蜂窝铝板模拟结果与实验结果比较  48-49
  3.3 本章小结  49-50
第四章焊接蜂窝铝芯平压性能模拟仿真研究  50-71
  4.1 引言  50
  4.2 焊接蜂窝铝芯平压变形过程分析  50-55
    4.2.1 焊接蜂窝铝芯有限元模型  50-51
    4.2.2 平压过程模拟结果及分析  51-55
  4.3 边长和高度对焊接蜂窝铝芯平压性能的影响  55-69
    4.3.1 边长相同,高度不同  55-63
    4.3.2 高度相同,边长不同  63-69
      4.3.2.1 参数选择  63
      4.3.2.2 有限元模型  63
      4.3.2.3 模拟结果和分析  63-69
  4.4 本章小结  69-71
第五章本文结论及展望  71-73
  5.1 本文结论  71-72
  5.2 展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-80
附录:攻读硕士学位期间发表论文  80

焊接蜂窝铝板平压力学性能数值模拟研究

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