摘要：点阵夹芯结构因其优异的力学性能、出色的能量吸收能力、独特的功能性,被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。然而,传统点阵夹芯结构在面外压缩载荷下存在应力分布不均匀、节点应力集中等缺点。为了解决上述问题,该研究基于体心立方结构(body-centered cubic,BCC)提出了一种新型的余弦函数单元基(cosine function cell-base,CFCB)点阵结构。为了研究CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下能量吸收特性,制备了CFCB点阵夹芯结构,开展了准静态压溃试验,并与BCC点阵夹芯结构的试验结果进行对比。结果表明,CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下的承载与能量吸收能力明显优于BCC点阵夹芯结构。随后,基于有限元模型,系统揭示了芯子单胞直径、幅值、周期长度等胞元参数及厚度方向上的单胞层数对CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下吸能特性的影响。相关研究成果有望为新型CFCB点阵夹芯结构设计提供参考。

摘要：采用热压一次成型的工艺制备了曲面碳纤维增强树脂复合材料点阵夹芯结构,进行了三点弯试验探究了结构的弯曲破坏载荷与破坏模式。结果显示:结构的载荷位移曲线分为4个阶段,分别为线性阶段、损伤起始阶段、损伤演化阶段和失效阶段;破坏模式主要为面板压溃与节点失效。通过ABAQUS显示求解器建立了有效的弯曲和模态振动模型,得到弯曲破坏过程的失效模式、载荷位移曲线及结构振动模态与固有频率。讨论了不同参数(几何参数和材料性能)对弯曲和振动性能的影响,比较了不同边界条件对固有频率的影响。结果显示:相对密度(面板厚度、芯子直径)的增加会使结构的弯曲破坏载荷和固有频率增大,而芯子倾角ω的增大会使弯曲破坏载荷与固有频率的减小;材料的比刚度越大,固有频率越高。

摘要：传统钢制防护密闭门采用梁板式结构,存在门体笨重、结构形式单一的不足,在冲击波设计荷载作用后又存在开启困难、抢修不易的问题,因此提出一种采用金字塔型点阵夹芯的点阵拱形防护密闭门。采用有限元数值模拟方法,在忽略门框、铰页和闭锁的影响下,系统分析了前面板厚度、后面板厚度、点阵夹芯支撑杆尺寸等参数对防护性能的影响规律,给出最优设计方案。经核6级冲击波作用的验证,较传统的梁板式防护密闭门,点阵拱形防护门后面板位移较小,且其质量仅为梁板式防护密闭门的37.71%,防护性高、质量轻便,达到了设计目标。

摘要：考虑一体化成型工艺制备的复合材料点阵夹芯结构及其不确定性,采用区间向量实现不确定参数定量化,建立复合材料点阵夹芯结构平压性能区间分析模型。考虑结构功能状态判断的模糊性,分别在不考虑设计容差与考虑设计容差情形下,建立了不确定平压载荷作用下含区间参数模糊可靠性分析与优化模型。研究结果表明:材料参数及结构参数不确定性,特别是设计容差对复合材料点阵夹芯结构平压性能影响明显,因此在工程优化中不仅需要充分考虑材料参数与外部载荷等不确定性,而且需要充分重视传统不确定设计方法中未计及的设计容差的影响。本研究实现了理论成果与工程应用的有机结合,为工程领域复合材料点阵夹芯结构平压性能分析与优化提供有效理论方法。

摘要：在散热性能分析中,解析地给出了点阵夹芯结构的整体传热系数和等效压降,定义了散热性能指标.通过连续介质力学的方法和经典的层合理论,并通过串并联模型给出了碳纤维增强点阵夹芯结构整体的刚度特性.在满足既定的承载要求和一定的散热要求约束下,提出了一种对碳纤维增强点阵夹芯结构进行多功能优化设计的协同优化方法,在设计中采用了更符合工程实际的基于分枝定界法的混合离散优化方法,得到了夹芯结构质量函数的最小值,从而实现了轻质的目的.同时对不同结构形式的芯子做了相应的比较和分析,结果表明:金字塔型点阵夹芯结构在实现轻质的同时,具有较强的散热能力,而且承载能力更好,更为轻质高效.

摘要：考虑到点阵芯层的结构形式及杆单元以拉压为主的变形模式,基于连续介质等效理论,提出了一种全新的位移场假设,并以此编写了计算点阵夹芯复合材料屈曲强度的有限元程序.通过与不同试样的压缩试验的比较,对碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲行为进行了分析,并且验证了程序的有效性.同时,采用程序,讨论了点阵参数(包括杆单元长度、半径及倾斜角)对点阵夹芯复合材料结构屈曲强度的影响规律.结果表明:芯层体积分数相同的情况下,金字塔型和四面体型点阵夹芯结构的屈曲强度相差不大,后者略高.所得结论对点阵夹芯复合材料结构设计具有一定的指导意义.

摘要：Octet-truss是一种兼具轻质构型和多功能特点的三维点阵结构,为分析和验证其抗压缩性能,提出了一种采用连续纤维制备Octet-truss点阵夹芯板的方法,该方法设计了一套Octet-truss结构成型工装,采用该工装,运用空间编织法及树脂固化工艺制备了不同类型的玻璃纤维和凯夫拉纤维试件,并对试件进行了轴压测试,实验结果表明该方法制备的不同材质、不同尺寸的夹芯板力学性能稳定,验证了其制备工艺的可靠性,结合实验过程与SEM图像分析了玻璃纤维试件主要失效模式为节点附近纤维杆因纤维微屈曲出现断裂,凯夫拉纤维试件主要失效模式为纤维杆欧拉屈曲而出现弯曲破坏。

摘要：通过理论、试验、数值模拟3种方法研究3D打印钛合金金字塔型点阵夹芯结构在两端简支三点弯曲载荷下的响应,试验中通过裂纹观测仪监测加载过程。结果表明:在弯曲载荷下,夹芯结构损伤区域主要在弯矩最大中线处附近;试件首先在上面板出现塑性变形,随着第一层杆件的屈曲,载荷迅速下降。通过扫描电子显微镜(SEM)观测断口形貌,验证面板及杆件均为弯曲变形失效。基于ABAQUS软件,建立结点刚硬点阵夹芯结构有限元模型,对结构的渐进损伤过程进行预测,获得损伤起始位置、损伤扩展、破坏载荷及最终破坏模式等结果,模拟结果与试验结果吻合较好。通过有限元模型分析宽度方向不同单胞列数的影响,结果表明列数越多,边界影响越小,结构承载能力越强。

摘要：针对点阵夹芯结构换热性能影响因素问题,采用翅片法推导四面体型点阵结构等热流密度和等壁面温度边界条件下的努塞尔数,以此表征结构的换热性能,并与实验结果进行对比。进而讨论结构支杆长度、支杆直径、导热系数和流动方向单胞个数对结构换热性能的影响,并比较相同孔隙率下四面体型、金字塔型和Kagome型点阵结构的换热性能。结果表明,点阵结构支杆长度和流动方向单胞个数对结构换热性能影响较大,Kagome型结构换热性能明显优于其他两类。

摘要：为了提高点阵夹芯结构在平压情况下的力学性能,以金字塔点阵夹芯结构为研究对象,通过对金字塔单胞的分析,建立了以立柱长度L、立柱截面半径R、立柱倾斜角度W为可变参数的参数化模型。通过有限元分析,分析了3种参数对点阵夹芯结构平压性能的影响。并选取了最佳参数的金字塔点阵夹芯结构,设计了合理的底注式和垂直缝隙式相结合的综合式浇注系统,最后进行了熔模铸造的数值模拟仿真。研究结果表明:当L=32 mm、W=60°、R在1.5 mm^2.5 mm之间时,金字塔点阵夹芯结构具有良好的平压静力学性能,在浇注温度为1 700℃、充型速度为80 mm/s的条件下,金字塔点阵夹芯结构具有良好的可铸造性。