鎂合金蜂窩夾層板的平壓力學特性模擬分析

迎春++李潔

摘 要：本文對鎂合金蜂窩夾層板的平壓力學性能進行仿真模擬，對模擬結果分析處理，總結蜂窩夾層板在平壓載荷下的變形規律及應力應變參數，跟文獻中實驗參數比較，為蜂窩夾層板力學性能研究提供定性分析的參考依據。

關鍵詞：蜂窩夾層版；平壓；模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.231

1 引言

金屬蜂窩夾層板以其優異的綜合力學性能，廣泛應用于航空航天、軌道交通等領域。因蜂窩結構在某個方向上產生大變形，近幾年，成為飛行器研究領域的新熱點。該結構共面剛度很低，產生較大變形，但異面有一定的剛度和強度。蜂窩夾層板的主要力學性能指標有側壓、彎曲、平壓、剪切性能等[1-3]。蜂窩夾層板的力學性能主要取決于蜂窩芯的性能，為完全表述蜂窩芯的性能，研究不加上下蒙皮板時的力學特性很有必要。由于其特殊的結構，蜂窩芯箔材厚度尺寸很小，鋁箔可達到0.01mm以下，鎂合金箔材也可達到0.08mm。這種厚度尺寸不加蒙皮板情況下，實驗參數很難控制， 本文用porE對不加蒙皮的蜂窩芯的平壓力學性能，進行模擬分析，總結蜂窩芯在平壓載荷下變形規律。

2 分析過程

2.1 建模

用厚度為0.12mm的鎂合金ZA31制備正六邊形蜂窩芯試樣，孔格邊長為4.7mm，高度為9.1mm。用試樣數據建模，材料參數如圖1，模型橫截面參數如圖2。

2.2 分析過程

在1500N平壓載荷下，位移云圖如圖3，應力云圖如圖4。

3 仿真結果分析

（1）以模擬結果的應力應變數據為參數，計算結果顯示，應力和應變是線性相關，如圖5所示。這進一步證實，蜂窩結構雖共面剛度很低，能產生較大變形，但異面有一定的剛度和強度。這也是蜂窩夾層版，成為變形飛行器研究熱點的原因。

（2）與實驗結果比較，同樣尺寸參數的鎂合金夾層板的凈截面平壓應力實驗值為154.7MPa[4]。模擬結果顯示，在平壓載荷下應力在106.1 MPa-180.0 MPa之間，與實驗結果基本吻合。因此用porE模擬的平壓力學性能，可作為蜂窩夾層板定性研究的輔助方法。

（3）該模擬過程，未對夾層板進行整體等效替換，不存在等效替換誤差，只對蜂窩芯的平壓性能進行模擬研究，所以蒙皮板對蜂窩芯無影響，有利于蜂窩芯本身的力學性能的研究。

參考文獻：

[1]劉明金.負泊松比蜂窩結構的力學性能研究[D].中國科學技術大學，2012：7-12

[2]楊亞政，楊嘉陵，曾濤等.輕質多空材料研究進展[J].力學季刊學，2007，28（04）：503-516.

[3]翟光，楊小平.多夾心層蜂窩板動力學特性分析與仿真[J].計算機仿真，2006，23（08）：44-46.

[4]迎春.鎂合金蜂窩板的制備及力學性能研究[D].大連交通大學，2009：23-28.

項目來源：內蒙古民族大學科學研究項目。項目名稱：鎂合金蜂窩板力學建模與計算機模擬。項目編號：NMD1224。endprint