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第51卷第3期2021年5月吉林大学学报（工学版）Journal of Jilin University ( Engineering and Technology Edition)Vol. 51 No. 3May 2021仿蜂窝防护结构的承载特性于征磊“2,信仁龙2,陈立新2,朱奕凝3,张志辉2,曹青2,金敬福％赵杰亮(1.吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，长春130022;2.吉林大学工程仿生教育部重点实验室，长春130022;3.延边大学农学院，吉林延吉133002;4.北京理工大学机械与车辆学院，北京100081)摘要：为满足对结构安全方面的要求，本文借鉴蜂窝结构强度比高、力学性能优异的特性，运用结构仿生学原理设计并建立了简化的仿直蜂窝、仿斜蜂窝和平板结构3种模型。
在5种不同 工况下利用有限元分析软件OptiStruct对3种模型进行了承载特性分析，运用3D打印技术制 备3种模型，并对样件进行力学特性试验。
根据模拟结果与试验数据对比分析得到以下结论：仿斜蜂窝结构各位置的应力数值相近，仿斜蜂窝具有良好力学传导特性；在相同质量情况下，仿斜蜂窝结构的承载能力较仿直蜂窝结构提高12%，较平板结构提高150%,其承载能力有着 较大的优势，所以仿斜蜂窝结构较为合理。
本文的研究实现了对仿蜂窝结构的承载性能分析，为防护结构轻量化设计提供了参考。
关键词：工程仿生学；仿生结构设计；3D打印；承载特性；数值模拟；结构安全设计中图分类号：T B17 文献标志码：A文章编号：1671-5497(2021)03-1140-06DOI ：10. 13229/ki.j d x b g x b20200056Load bearing characteristics of honeycomb protection structureY U Z h e n g-lei''2,X I N R e n-long2,C H E N Li-xin2,Z H U Y i-ning:i,Z H A N G Zhi-hui2,C A C)Q i n g2,JIN Jing-fu2,Z H A C)Jie-liang4(1. Stale Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Ji/iti University, Changehu?i130022, China；2. Key Laboratory of Bionic Engineering, Mitiistry of Education, Jilin University, Changchun130022, China；3. Agriculture College^ Yanbian University, Yanji133002, China-,4. Department of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology^ Beijing 100081, China)Abstract：In order to m e e t the requirements of structural safety,in this p a p e r,first,the characteristics of high strength ratio and high mechanical properties of h o n e y c o m b structure w e r e used for reference,and applies the principle of structural bionics to design and establish three simplified structure m o d e l s,the direct h o n e y c o m b structure,oblique h o n e y c o m b structure and plate structure.S e c o n d,under five different w o r king conditions,the finite element analysis software OptiStruct w a s used to analyze the bearing characteristics of three m o d e l s.Finally，the three m odels w e r e prepared by 3D printing technology,and the收稿日期：202〇-〇l-23.基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFB1105100);国家自然科学基金项目（51975246);吉林省科技发展计划项目（YDZJ202101ZYTS134);汽车仿真与控制国家重点实验室自由探索项目（郦d-zytsxm-202013);吉林省教育厅“十三五”科技项目（YDZJ202101ZYTS134);工程仿生教育部重点实验室开放基金项目(KF20200001).作者简介：于征晶（1984-)，男，副教授，博士 .研究方向：仿生结构设计.E-m ail:************.cn通信作者：金敬福（ 1978-),男，教授，博士生导师.研究方向：工程机械仿生设计.***********************.cn第3期于征磊，等：仿蜂窝防护结构的承载特性•1141 •mechanical properties of the samples wer e tested and c o m p a r e d with that of simulation results.It is s h o w n that the stress values at each position of the structure are similar to each other,and the structure has g o o d mechanical conductivity.U n d e r the condition of the s a m e quality,the bearing capacity of the imitation oblique h o n e y c o m b structure is 12%higher than that of the imitation vertical h o n e y c o m b structure,and 150%higher than that of the plate structure.This w o r k m a y provide a reference for the lightweight design of the protection structure.Key words：engineering bionics；bionic structure design；3D printing；bearing characteristics；numerical simulation；structural safety design〇引言结构设计已广泛应用于航天航空、车辆船舶 等领域，随之而来的是结构的安全问题越来越受到人们的关注，结构防护工程领域亦成为了研究热点。
复合材料蜂窝夹层结构在飞机中的应用摘要：飞机结构设计的基本原则是在满足强度要求的情况下使结构尽可能轻，这一要求必然导致需利用稳定的薄蒙皮承受拉伸载荷和压缩载荷，以及剪切、扭转、弯曲载荷的耦合作用。
传统的飞机结构设计中使用了纵向加强件和增稳桁条、翼肋和隔框等结构加强蒙皮，这样不可避免会带来结构增重问题。
提高结构比刚度的有效结构形式之一是夹层结构，复合材料夹层结构具有重量轻、强度刚度好，耐热、吸声隔音、抗冲击、耐疲劳等特点，已被广泛应用于航空航天中。
关键词：复合材料；蜂窝夹层；飞机；结构设计蜂窝夹层结构复合材料是50年代末发展起来的一种轻质、高强、各向异性的复合材料。
蜂窝夹层结构的密度小,可以明显的减轻结构重量;它的导热系数低,可以作为绝热和保温构件使用;它的比强度和比刚度高,可根据特殊的要求进行各向异性设计与制造。
因此长期以来备受航空、航天等领域的关注,尤其在航空工业中,蜂窝夹层结构复合材料己成功的大量应用于飞机的主、次承力结构件,如机翼、机身、尾翼和雷达罩等部位。
由于飞机飞行的环境条件比较苛刻,要求飞机用材料不仅有足够的强度、抗冲击性和刚度,而且还需良好的耐疲劳性、阻燃性、减重及抗腐蚀等许多特殊要求。
为了使飞机能正常进行飞行,在对所选用的材料性能进行全面的分析后,还需探索清楚构件性能与成型工艺之间的规律,这是材料应用的重要环节。
一、蜂窝夹芯结构的特点1、发挥复合效应的优越性。
夹层结构复合材料是由各组分材料经过复合工艺形成的,但它并不是由几种材料简单的复合,而是按复合效应形成新的性能,这种复合效应是夹层结构复合材料仅有的。
例如当夹芯板承受弯曲载荷时,上蒙皮被拉伸,下蒙皮被压缩,芯子传递剪切力。
从力学角度分析,它与工字梁很相似,面板相当于工字梁的翼缘,芯材相当于工字梁的腹板。
不同的是芯材与面板不是同一材料,芯材是分散的,而不是集中在狭腹板上。
由于轻质夹芯的高度比面板高出几倍,剖面的惯性距随之四次方增大,且面板有夹芯支持不易失稳。
飞机铝蜂窝复合材料的典型缺陷检测摘要：蜂窝夹层结构复合材料在使用方面具有很好的性能，其具有比较好的强度，同时，抗冲击性能很好，在使用方面能够进行很好的设计，本文为有效检出飞机铝蜂窝复合材料的缺陷位置及缺陷大小,评估缺陷损伤程度,运用激光错位散斑检测方法对有无缺陷及缺陷位置进行了检测,并采用声阻检测方法对缺陷大小进行了评估.关键词:复合材料缺陷;激光错位散斑检测;声阻检测一、铝蜂窝夹层结构铝蜂窝芯材只要利用铝箔来实现不同方式的胶接，然后通过拉伸形成不同规格的蜂窝，芯材的性能和铝箔的厚度以及孔格的大小有直接关系，铝蜂窝芯材能够和不同蒙皮材料进行复合，这样就形成了铝蜂窝夹层结构复合材料。
铝蜂窝夹层结构复合材料具有加高的力学性能，而且，在制造成本方面比较低。
但是，铝蜂窝夹层结构复合材料在一些特定的环境中比较容易受到腐蚀，在受到冲击以后，铝蜂窝芯材会出现永久变形的情况，会导致蜂窝芯材和蒙皮发生分离的问题，导致材料的性能降低。
一些研究人员对胶接工艺对铝蜂窝夹层结构复合材料的影响进行了研究，主要从胶接剂的筛选、表面处理方法和固化工艺方面进行了论述，使用流动性比较好的胶膜，在表面处理方面采用磷酸阳极化处理方式，同时，在夹层结构方面通过对剪切强度进行对比，能够实现最佳的固化工艺。
铝蜂窝夹层结构在粘结成型方面大面积批量生产面临着非常大的问题，在固化过程中，可以对铝蜂窝夹层结构复合材料进行真空袋加压，这样铝蜂窝夹层结构复合材料的性能更好。
对铝蜂窝芯在压缩荷载作用下的荷载位移曲线特征进行研究，同时对在静态下的压缩荷载作用下的铝蜂窝变形特征进行掌握，可以从三个方向对铝蜂窝进行准静态压缩，由于材料的不同，会导致蜂窝芯出现不断的致密化，可以将不同方向的荷载位移曲线分为弹性区域、平缓区域和加速加强区域。
在轴向压缩过程中，试样在荷载最大值位置会出现失稳的情况，在失稳情况下，位移曲线会出现一些小的峰，这个过程铝蜂窝芯出现了逐步折叠失稳的情况。
Science &Technology Vision科技视界新型内凹蜂窝结构的力学分析刘凯宇晏瀛季佳佳(上海飞机设计研究院,中国上海201210)【摘要】如何设计一种既能保证连续光滑变形,同时又兼顾刚度、强度的柔性蒙皮是变形机翼的关键技术之一,本文基于传统负泊松比蜂窝结构提出一种新型柔性蒙皮蜂窝结构。
主要研究了改进后蜂窝的共面变形能力、异面承载能力等力学性能并进行力学验证实验。
【关键词】变形机翼;负泊松比;柔性蒙皮;共面变形0绪论变形机翼像鸟儿的翅膀一样可以自由的伸展,以适应各种飞行环境,满足不同的飞行状态。
如何设计一种既能保证连续光滑变形,又具有足够刚度、强度的轻质柔性蒙皮是变形机翼的关键技术之一[1]。
美国新一代公司研制的“滑动机翼”飞行器采用了橡胶类装有支撑肋的柔性蒙皮[2],但其承受气动载荷能力不理想;Jonh H.Long Jr 基于鱼类鳞片的构造和运动机制研发出一种鳞片状的可变形蒙皮[3],但是该类蒙皮的整体气密性,连续性却不尽人意。
研究人员长期研究发现,蜂窝夹芯结构具有较高的比强度和比刚度,现广泛应用于航空航天相关领域[4]。
本文对传统负泊松比蜂窝结构进行优化,设计一种新型负泊松比结构,分析该蜂窝结构的共面变形能力、异面承载能力等力学性能并加工试验件进行力学验证实验。
1柔顺蜂窝的结构设计图1a 所示为传统负泊松比蜂窝结构单元[5],可以看出该结构水平胞壁与基础胞壁之间的尖角易出现应力集中现象,增加结构破坏的风险;基于Gibson 和Ashby 蜂窝结构力学等效方法[6],建立了结构优化后理论数学模型,从图1b 中可以看出尖角被替代,该结构单元新增了基础胞壁长度a 和基础胞壁倾斜角φ两个几何参数。
(a )负泊松比蜂窝单元(b )改进后蜂窝单元图1蜂窝单元相对密度作为影响蜂窝材料力学性能的重要因素,它直接决定了蜂窝芯等效杨氏模量。
根据该结构几何特征,可将相对密度可简化成:(1)其中ρ表示结构的等效密度;ρc 代表材料密度;t 为胞壁的厚度;a 表示基础胞壁长度;b 为蜂窝芯的高度;l 为倾斜胞壁的长度;h 表示水平胞壁的长度;θ代表倾斜胞壁与竖直方向之间的夹角;φ为基础胞壁与竖直方向间的夹角;A w 表示芯体材料实际承载面积,A c 为等效横截面积。
湖北林业科技Hubei Forestry Science and Technology第！9卷第6期2020年12月Vol. 9 No. 6Dec. ,202060Co-(射线辐照对竹纤维结构及其吸水性能的影响陈祖琴⑴ 杨瑶君⑵ 黎青⑴ 彭 宇⑴ 耿丹丹⑴ 黄文丽⑴(1.四川省农业科学院生物技术核技术研究所成都610061；2.乐山师范学院乐山614000)摘要：为了探究60Co (射线对竹纤维的影响，以慈竹为试验材料，研究不同辐照剂量处理对慈竹纤维结构及吸水性能的影响。
通过失重率的测定和扫描电镜(SEM )、傅立叶红外光谱(FT-IR )#广角X 射线衍射(XRD)等分析方法，研究了辐 照剂量对竹纤维结构的影响。
结果表T ：经辐照后的竹粉失重率由33.3%升高到54. 0%；SEM 发现辐照剂量为50 kGy时,竹纤维上出现有降解迹象的小孔。
FI-RT 和XRD 结果显示辐照并未改变竹纤维结构，竹纤维结晶度随辐照剂量升高 星先升高后降低的趋势变化；随着辐照剂量增加,竹纤维的吸水和吸盐水率先降低后升高。
本研究结果为竹纤维辐照应用提供理论基础。
*收稿日期"019-08-02基金项目:四川省应用基础项目(2018J Y 0051))作者简介:陈祖琴，女，助理研究员，主要从事天然产物研究' 黄文丽为通讯作者’关键词：60Co (射线；辐照；竹纤维；傅立叶红外光谱；广角X 射线衍射中图分类号:TS1 文献标识码:A 文章编号:1004 - 3020(2020)06 - 0018 - 06Effect of 60 Co-! Ray on Structure and Absorption Performance of Bamboo FiberChen Zuqin ⑴ Yang Yaojun ⑵ Li Qing ⑴ Peng Yu ⑴ Geng Dandan !) Huang Wenli !)(&. Sichuan Biotechnology Institute of Nuclear Technology of Agricultural Sciences Chengdu 610061 ；2. Leshan Normal University Leshan 614000)Abstract : In order to investigate the effect of 60Co-( ray on bamboo fiber,the effect of different irradiation dose treat ment on the structure and water absorption of Cizhu fiber was studied. The effects of irradiation dose on bamboo fiberstructure were studied by measuring the weight loss rate and scanning electron microscopy (SEM), fourier transform infra red spectroscopy (FT-IR) and wide-angle X-ray diffraction (XRD). The results showed that the weight loss rate of bam boo powder after irradiation increased from 33.3% to 54. 0% ； when the irradiation dose was 50 kGy,the small holes with signs of degradation appeared on the bamboo fiber. The results of FT-IR and XRD showed that the irradiation did not change the bamboo fiber structure. The crystallinity of bamboo fiber increased first and then decreased with the increaseofirradiaiondose.Wih*h eincreaseofirradiaiondose ， heabsorpionandabsorpionofbamboofiberdecreasedfirs **henrising.Theresulsof iss u dyprovidea eoreicalbasisfor *h eapplicaionofbamboofiberirradiaion.Ke y w#rds ：60Co-(ra y ；irradiaion ；bamboofiber ；FT-IR ；XRD竹子生长速度快、生长周期短、再生能力强，是 缓解木材供需矛盾的重要森林资源⑴。
基于折纸技术制造的蜂巢结构的力学性能王丽君;斉藤一哉【摘要】蜂巢夹层结构材料因具有高强度、轻质量的优势正在逐渐取代传统的结构材料,并广泛地应用于汽车、船舶以及航空航天领域.然而,这种材料在制造过程中生产工艺比较复杂,特别是针对具有不规则断面的蜂巢结构,容易在弯曲、切削等二次加工时出现制造上的缺陷和损伤,从而影响结构本身的力学性能.为避免二次加工,文章利用折纸技术的原理,设计并制作了2种蜂巢结构试样.通过弯曲和压缩性能测试,研究了蜂巢结构的变形行为和力学性能.在室温下获得的载荷－位移曲线表明,变形过程大致分为线弹性、塑性平台和致密化3个区域.实验结果表明:蜂巢结构的弯曲刚度和抗压强度分别约为0.32 kN·m2和0.39 MPa;揭示了基于折纸技术制造的蜂巢结构具有良好的力学性能.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)005【总页数】6页(P30-35)【关键词】折纸技术;蜂巢结构;铝爪固定;弯曲性能;压缩性能【作者】王丽君;斉藤一哉【作者单位】西华大学材料科学与工程学院,四川成都 610039;东京大学,日本东京 153－8505【正文语种】中文【中图分类】TB331 蜂巢夹层结构21世纪，在汽车、船舶以及航空航天领域中，具有高强度、高刚度和轻量化的结构材料是不可或缺的[1-2]。
其中的蜂巢夹层结构受到越来越多研究者的青睐。
最早应用在飞机上的蜂巢夹层结构是在第二次世界大战期间，它是由校花木单片制成。
此后，陆续出现了金属、玻璃钢、合金等材料的蜂巢夹层结构。
这种结构材料不仅具有良好的力学性能，而且还具有良好的抗冲击性、可设计性、隔音性、吸音性、耐热性等等[3-6]。
蜂巢夹层结构实际上是由蜂窝芯层和2个薄面板组成的[7-9]，如图1所示。
图1 蜂巢夹层结构示意图许多研究结果表明，面板主要承受拉伸和压缩载荷，芯层承受横向剪切载荷，并使面板保有较高的特定弯曲刚度[4, 6, 8-10]。
碳纤维多层蜂巢接结机织物的制备目前夹层类保温隔热材料主要以蜂窝夹芯结构和泡沫夹芯结构为主,二者均有较好的隔热性能,但在使用过程中都会因低速冲击而发生芯层与表层的分裂,三维整体中空材料在一定程度上克服了耐冲击性差的缺点,却会随着厚度的增加而影响材料的性能,且上述材料都不适用于高温条件。
碳纤维作为一种高强、耐高温的高性能纤维材料,其用途广泛,本文以碳纤维为原料,利用蜂巢组织的结构特点,通过特殊的组织结构设计,在第二代多综眼多剑杆织机上织造出了碳纤维12层蜂巢接结机织物,该织物具备一定的力学性能、厚度及隔热性能,且能够在高温环境中正常使用。
首先,本文要尽可能的制备层数更多的碳纤维蜂巢接结机织物,因此以组织循环数较少的蜂巢组织作为该织物的基础组织,通过进一步了解多剑杆多综眼织机,设计出适合本织机织造的12层蜂巢接结组织上机图,采用合理的上机工艺,并以涤纶纱为原料进行试织,织造出结构稳定,表面均匀的涤纶12层蜂巢接结机织物。
其次,将试织完成的12层蜂巢接结机织物用环氧树脂进行固化处理,在织物合适的位置对其进行切片,从而得到织物在切面处的截面图,将得到的截面图进行一定的图像处理,从截面中可以较为清晰的观察到织物中接结经纱在接结处的走向,通过观察发现:(1)织物接结处的经纱走向符合结构设计预期的效果,织物内部有较多的孔隙,说明织物结构的设计及接结组织点的选择是合理的。
(2)各层织物的纱线基本能保持垂直分布。
接着,在上文的基础上,对试织过程中出现的不足之处进行了一定的改善,以碳纤维为原料顺利的织造出了符合设计要求的厚度为1.4cm的12层蜂巢接结机织物,并对试织的织物试样和碳纤维织物试样进行了隔热性能测试,通过对试织试样的测试,得出12层叠加蜂巢组织织物的热阻大于12层蜂巢接结机织物,此外,本文还以厚度为2cm的碳纤维复合材料作为碳纤维12层蜂巢接结织物的对比样,结果表明,厚度为1.4cm的12层碳纤维蜂巢接结机织物的热阻要大于厚度为2cm的碳纤维复合材料的热阻,从而证明本课题的方案设计是合理可行的。
铝蜂窝夹层的性能及应用贺中亮赵会民刘建春李少华吴苗（西安雅西复合材料有限公司，710089，西安，陕西）摘要：本文综述了夹层复合材料用铝蜂窝芯的性能及其应用，与泡沫夹层在力学性能等方面综合对比分析，并展望了铝蜂窝芯的发展及应用前景。
关键词：铝蜂窝；泡沫夹层；性能Properties and applications of aluminum honeycomb sandwichHe Zhongliang, Zhao Huimin , Liu Jianchun, Li Shaohua Wu Miao（Argosy XAC Composite Materials Ltd. Xi’an, Shaanxi, 710089, China）Abstract This paper reviews Properties and applications on aluminum honeycomb sandwich materials, Comparative Analysis on mechanical property with foam sandwich and gives the applied prospect of aluminum honeycomb sandwich.Key words aluminum honeycomb; foam sandwich; Properties引言金属蜂窝是金属骨架和蜂窝孔相间的一种新型功能复合材料，因其内部结构含有许多蜂窝状直通孔而得名。
铝蜂窝芯是由多层铝箔粘合，叠压，然后拉伸展开成规则的蜂窝形状。
由于铝蜂窝芯的特殊构造，其分割成的众多封闭小室限制了由其合成的幕墙板内空气的流动，使热量和声波的传播受到极大的限制，具有良好的隔热、隔音、导电、耐热防腐、吸能减震，保温效果，同时它的抗弯挠、抗压性和比重轻等特性也使其他建筑材料无法比拟的。
作为蜂窝家族中的“贵族”，铝蜂窝有着非常优异的性能，它强度高、耐高温、耐腐蚀，是航空、航天、高速船舶、高速列车等行业的理想材料，在建筑业是大尺寸幕墙和对阻燃要求高的室内豪华装修的首选材料。
