CN109753740A - 实现特定蜂窝结构强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实现特定蜂窝结构强度的方法，包括以下步骤：利用仿真软件建立蜂窝材料的仿真模型，通过调整仿真模型的材料性能参数和/或蜂窝孔格尺寸参数，实现特定蜂窝结构强度。本发明借助了仿真软件在计算机中建立蜂窝材料的仿真模型，通过调整仿真模型的各项参数快速、精确地得到特定蜂窝结构强度，有效地解决了利用经验法和半经验公式理论法得出特定蜂窝结构强度周期长、精度低、可重复性差的技术问题，增强了蜂窝结构强度调整的可重复性，并且可以根据客户要求的特定蜂窝结构强度，反向模拟出实际生产成品中的蜂窝材料，进而快速、精确地得到蜂窝材料生产所需的蜂窝孔格尺寸参数，提高了蜂窝材料的生产效率。

Description

实现特定蜂窝结构强度的方法

技术领域

本发明属于蜂窝材料制造技术领域，更具体地说，是涉及一种实现特定蜂窝结构强度的方法。

背景技术

蜂窝材料是一种复合材料，具有蜂窝结构，其蜂窝结构一般由一系列六边形、四边形或其他形状的形似蜂窝的孔格组成。由于蜂窝结构比其他形式的夹层结构具有更高的强度和刚度，并且具有较低的弹性模量和较高的能量吸收性能，因此被广泛地应用在航天、航空、轨道交通等领域的被动安全防护装置中。

轴向压缩强度是蜂窝结构的重要力学性能参数之一，决定了同等面积下蜂窝材料的吸能能力，目前，蜂窝结构的轴向压缩强度(简称为蜂窝结构强度)一般是利用经验法或者半经验公式理论法实现，但是，由于相同材料的不同批次力学性能不同，造成蜂窝结构强度不同，通过经验法得出特定蜂窝结构强度的周期长、精度低、可重复性差，而利用半经验公式理论法得出的蜂窝结构强度同样与实际数值吻合性差、参数范围窄，因此上述两种方法都无法满足高效生产蜂窝材料的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现特定蜂窝结构强度的方法，包括但不限于解决利用经验法和半经验公式理论法得出特定蜂窝结构强度周期长、精度低、可重复性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种实现特定蜂窝结构强度的方法，包括以下步骤：

利用仿真软件建立蜂窝材料的仿真模型；

通过调整所述仿真模型的材料性能参数和/或蜂窝孔格尺寸参数，实现特定蜂窝结构强度。

进一步地，所述仿真模型通过以下步骤建立：

S01、确定原材料种类；

S02、利用经验公式确定满足蜂窝孔格边长要求的模具；

S03、利用所述模具制作出多个蜂窝材料，并测量出所述蜂窝材料的蜂窝孔格尺寸参数；

S04、将原材料的性能参数和所述蜂窝孔格尺寸参数输入所述仿真软件，建立初始仿真模型，并计算出所述初始仿真模型的蜂窝结构强度；

S05、测量所述蜂窝材料的性能参数；

S06、将所述初始仿真模型的蜂窝结构强度与所述蜂窝材料的蜂窝结构强度进行对比，确定最终的仿真模型；

其中，所述经验公式为σ_p＝6.6(t/b)^5/3σ_s，σ_p为蜂窝结构强度，t为材料厚度，b为蜂窝孔格的边长，σ_s为材料的屈服强度；所述蜂窝材料的性能参数包括蜂窝结构强度。

本发明提供的实现特定蜂窝结构强度的方法，借助了仿真软件在计算机中建立蜂窝材料的仿真模型，通过调整仿真模型的各项参数快速、精确地得到特定蜂窝结构强度，有效地解决了利用经验法和半经验公式理论法得出特定蜂窝结构强度周期长、精度低、可重复性差的技术问题，增强了蜂窝结构强度调整的可重复性，并且可以根据客户要求的特定蜂窝结构强度，反向模拟出实际生产成品中的蜂窝材料，进而快速、精确地得到蜂窝材料生产所需的蜂窝孔格尺寸参数，提高了蜂窝材料的生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的实现特定蜂窝结构强度的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的建立仿真模型的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的蜂窝材料的立体示意图；

图4为图3中A部分的放大示意图。

其中，图中各附图标记：

1—蜂窝材料、t—材料厚度、b—蜂窝孔格的边长、c—双倍厚度边的边长、h—蜂窝孔格的对边距。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

下面通过具体实施例来对本发明的技术方案进行说明。

请参阅图1至图4，本发明实施例提供的实现特定蜂窝结构强度的方法包括以下步骤：

一、利用仿真软件建立蜂窝材料1的仿真模型；

在本发明提供的实施例中，仿真软件具体是指应用于机械动力学领域的仿真软件，如：ADAMS、ANSYS、ABAQUS等软件，此处蜂窝材料1的仿真模型优选采用ANSYS软件建成。

具体地，利用ANSYS软件建立蜂窝材料1的仿真模型包括以下步骤：

S01、确定原材料种类；

由于制造蜂窝材料1的原材料可以是金属、塑料、纸或者复合材料等大类，每个大类又可以分为不同小类，如金属可以细分为铝合金、铜合金和铁合金等，而每个小类还可以分为不同型号，如铝箔可以细分为1100型、1060型、3003型等，并且每种型号的性能参数都不相同，因此在建模前蜂窝材料1的生产厂商需要根据客户的要求选定原材料种类，此处以0.06mm(毫米)厚的3003型铝箔为例进行说明。

S02、利用经验公式确定满足蜂窝孔格边长要求的模具；

在本发明提供的实施例中，蜂窝材料1是通过拉伸法拉伸形成，而在蜂窝材料1拉伸成型前需要在平板状的原材料表面等间隔地涂布胶或钎膏，然后将多块原材料粘合成叠块，再放置在拉伸机上进行拉伸，其中，在原材料表面等间隔地涂布胶或钎膏时需要借助模具，该模具优选为涂胶辊，而涂胶辊的涂胶面的宽度就决定了蜂窝材料1的蜂窝孔格边长，此处蜂窝孔格边长通过经验公式σ_p＝6.6(t/b)^5/3σ_s估算得到，具体地，该公式中σ_p为蜂窝结构强度，t为材料厚度，b为蜂窝孔格的边长，σ_s为材料的屈服强度，其中，t和σ_s的数值在确定原材料种类步骤中可以得到，σ_p为根据客户要求生产目标需要达到的蜂窝结构强度，进而通过该经验公式即可计算出b的数值，通过b来选择符合要求的模具。

S03、利用模具制作出多个蜂窝材料1，并且测量出该蜂窝材料1的蜂窝孔格尺寸参数；

具体地，首先利用满足蜂窝孔格边长要求的模具制作出多个蜂窝材料1，此处蜂窝材料1具有六边形的蜂窝孔格，接着对多个蜂窝材料1进行外观检查，筛选出符合蜂窝结构外观要求的蜂窝材料1，即将具有形状缺陷，如：存在蜂窝孔格未充分张开，或者蜂窝孔格张开后形状为非六边形等缺陷的蜂窝材料排除，然后对外观合格的蜂窝材料1进行测量，测量出该蜂窝材料1的蜂窝孔格尺寸参数，可以理解的是，六边形蜂窝孔格的尺寸参数包括边长b、双倍厚度边的边长c和对边距h等。

S04、将原材料的性能参数和蜂窝孔格尺寸参数输入仿真软件，建立初始仿真模型，并计算出初始仿真模型的蜂窝结构强度；

即将3003型铝箔的厚度t、屈服强度、弹性模量、泊松比、剪切模量等性能参数以及上述六边形蜂窝孔格的边长b、双倍厚度边的边长c和对边距h等尺寸参数输入ANSYS软件中，通过ANSYS软件建立初始仿真模型，并且计算出初始仿真模型的蜂窝结构强度。

S05、测量蜂窝材料1的性能参数；

即对蜂窝材料1进行测量，具体地，采用万能材料试验机测量出蜂窝材料1实际的蜂窝结构强度、屈服强度、弹性模量、泊松比、剪切模量等性能参数。

S06、将初始仿真模型的蜂窝结构强度与蜂窝材料1的蜂窝结构强度进行对比，确定最终的仿真模型；

具体地，将通过ANSYS软件计算出的初始仿真模型的蜂窝结构强度与通过实际测量出的蜂窝材料1的蜂窝结构强度进行对比，如果该初始仿真模型的蜂窝结构强度与该蜂窝材料1的蜂窝结构强度相等或者两者之间的差值在规定范围-10％～10％内时，可以确定初始仿真模型为最终的仿真模型；如果该初始仿真模型的蜂窝结构强度与该蜂窝结构的蜂窝结构强度之间的差值超出上述规定范围时，在该蜂窝材料1的蜂窝孔格尺寸参数不变的情况下，需要在ANSYS软件中通过调整初始仿真模型的屈服强度、或者弹性模量、或者泊松比、或者剪切模量、或者屈服强度和弹性模量、或者屈服强度和泊松比、或者屈服强度和剪切模量、或者弹性模量和泊松比、或者弹性模量和剪切模量、或者屈服强度和弹性模量和泊松比、或者屈服强度和弹性模量和剪切模量、或者屈服强度和弹性模量和泊松比和剪切模量等数值，直至初始仿真模型的蜂窝结构强度与蜂窝材料1的蜂窝结构强度相等或者两者之间的差值在上述规定范围内，确定初始仿真模型为最终的仿真模型。

二、通过调整仿真模型的材料性能参数和/或蜂窝孔格尺寸参数，实现特定蜂窝结构强度。

当蜂窝材料1的仿真模型建成后，蜂窝材料1的生产厂商就可以在ANSYS软件中，通过先固定六边形蜂窝孔格的对边距h不变，接着调整六边形蜂窝孔格的边长b和双倍厚边的边长c来实现客户所需要的蜂窝结构强度为0.2MPa(兆帕)±5％的要求，或者通过先固定六边形蜂窝孔格的边长b、双倍厚度边的边长c和对边距h不变，接着更换铝箔的型号和厚度来实现客户所需的蜂窝结构强度为0.2MPa(兆帕)±5％的要求。当然，根据具体情况和需求，特定蜂窝结构强度还可以通过同时调整仿真模型的材料性能参数和蜂窝孔格尺寸参数来实现，此处不作唯一限定。

本发明实施例提供的实现特定蜂窝结构强度的方法，借助了仿真软件在计算机中建立蜂窝材料的仿真模型，通过调整仿真模型的各项参数快速、精确地得到特定蜂窝结构强度，有效地解决了利用经验法和半经验公式理论法得出特定蜂窝结构强度周期长、精度低、可重复性差的技术问题，增强了蜂窝结构强度调整的可重复性，并且可以根据客户要求的特定蜂窝结构强度，反向模拟出实际生产成品中的蜂窝材料，进而快速、精确地得到蜂窝材料生产所需的蜂窝孔格尺寸参数，提高了蜂窝材料的生产效率。

以上仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.实现特定蜂窝结构强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用仿真软件建立蜂窝材料的仿真模型；

通过调整所述仿真模型的材料性能参数和/或蜂窝孔格尺寸参数，实现特定蜂窝结构强度。

2.如权利要求1所述的实现特定蜂窝结构强度的方法，其特征在于，所述仿真模型通过以下步骤建立：

S01、确定原材料种类；

S02、利用经验公式确定满足蜂窝孔格边长要求的模具；

S03、利用所述模具制作出多个蜂窝材料，并测量出所述蜂窝材料的蜂窝孔格尺寸参数；

S04、将原材料的性能参数和所述蜂窝孔格尺寸参数输入所述仿真软件，建立初始仿真模型，并计算出所述初始仿真模型的蜂窝结构强度；

S05、测量所述蜂窝材料的性能参数；

S06、将所述初始仿真模型的蜂窝结构强度与所述蜂窝材料的蜂窝结构强度进行对比，确定最终的仿真模型；

其中，所述经验公式为σ_p＝6.6(t/b)^5/3σ_s，σ_p为蜂窝结构强度，t为材料厚度，b为蜂窝孔格的边长，σ_s为材料的屈服强度；所述蜂窝材料的性能参数包括蜂窝结构强度。

3.如权利要求2所述的实现特定蜂窝结构强度的方法，其特征在于，所述蜂窝材料的性能参数还包括屈服强度、弹性模量、泊松比以及剪切模量。

4.如权利要求3所述的实现特定蜂窝结构强度的方法，其特征在于，所述步骤S03中还包括以下步骤：

对多个所述蜂窝材料进行外观检查，筛选出符合蜂窝结构外观要求的蜂窝材料。

5.如权利要求4所述的实现特定蜂窝结构强度的方法，其特征在于，所述步骤S06中还包括以下步骤：

若所述初始仿真模型的蜂窝结构强度与所述蜂窝材料的蜂窝结构强度相等或差值在规定范围内时，确定所述初始仿真模型为最终的仿真模型；

若所述初始仿真模型的蜂窝结构强度与所述蜂窝结构的蜂窝结构强度的差值超出规定范围时，调整所述初始仿真模型的屈服强度、弹性模量、泊松比和/或剪切模量，直至所述初始仿真模型的蜂窝结构强度与所述蜂窝材料的蜂窝结构强度相等或差值在规定范围内。

6.如权利要求2至5任一项所述的实现特定蜂窝结构强度的方法，其特征在于，所述仿真软件为ANSYS软件。

7.如权利要求6所述的实现特定蜂窝结构强度的方法，其特征在于，所述模具为涂胶辊，所述蜂窝材料利用拉伸法拉伸形成。