镁合金蜂窝夹层板的平压力学特性模拟分析

迎春++李洁

摘 要：本文对镁合金蜂窝夹层板的平压力学性能进行仿真模拟，对模拟结果分析处理，总结蜂窝夹层板在平压载荷下的变形规律及应力应变参数，跟文献中实验参数比较，为蜂窝夹层板力学性能研究提供定性分析的参考依据。

关键词：蜂窝夹层版；平压；模拟

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

1 引言

金屬蜂窝夹层板以其优异的综合力学性能，广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。因蜂窝结构在某个方向上产生大变形，近几年，成为飞行器研究领域的新热点。该结构共面刚度很低，产生较大变形，但异面有一定的刚度和强度。蜂窝夹层板的主要力学性能指标有侧压、弯曲、平压、剪切性能等[1-3]。蜂窝夹层板的力学性能主要取决于蜂窝芯的性能，为完全表述蜂窝芯的性能，研究不加上下蒙皮板时的力学特性很有必要。由于其特殊的结构，蜂窝芯箔材厚度尺寸很小，铝箔可达到0.01mm以下，镁合金箔材也可达到0.08mm。这种厚度尺寸不加蒙皮板情况下，实验参数很难控制， 本文用porE对不加蒙皮的蜂窝芯的平压力学性能，进行模拟分析，总结蜂窝芯在平压载荷下变形规律。

2 分析过程

2.1 建模

用厚度为0.12mm的镁合金ZA31制备正六边形蜂窝芯试样，孔格边长为4.7mm，高度为9.1mm。用试样数据建模，材料参数如图1，模型横截面参数如图2。

2.2 分析过程

在1500N平压载荷下，位移云图如图3，应力云图如图4。

3 仿真结果分析

（1）以模拟结果的应力应变数据为参数，计算结果显示，应力和应变是线性相关，如图5所示。这进一步证实，蜂窝结构虽共面刚度很低，能产生较大变形，但异面有一定的刚度和强度。这也是蜂窝夹层版，成为变形飞行器研究热点的原因。

（2）与实验结果比较，同样尺寸参数的镁合金夹层板的净截面平压应力实验值为154.7MPa[4]。模拟结果显示，在平压载荷下应力在106.1 MPa-180.0 MPa之间，与实验结果基本吻合。因此用porE模拟的平压力学性能，可作为蜂窝夹层板定性研究的辅助方法。

（3）该模拟过程，未对夹层板进行整体等效替换，不存在等效替换误差，只对蜂窝芯的平压性能进行模拟研究，所以蒙皮板对蜂窝芯无影响，有利于蜂窝芯本身的力学性能的研究。

参考文献：

[1]刘明金.负泊松比蜂窝结构的力学性能研究[D].中国科学技术大学，2012：7-12

[2]杨亚政，杨嘉陵，曾涛等.轻质多空材料研究进展[J].力学季刊学，2007，28（04）：503-516.

[3]翟光，杨小平.多夹心层蜂窝板动力学特性分析与仿真[J].计算机仿真，2006，23（08）：44-46.

[4]迎春.镁合金蜂窝板的制备及力学性能研究[D].大连交通大学，2009：23-28.

项目来源：内蒙古民族大学科学研究项目。项目名称：镁合金蜂窝板力学建模与计算机模拟。项目编号：NMD1224。endprint