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复合材料蜂窝夹层结构有限元建模方法
作者：贾炜琰
来源：《科学与财富》2016年第01期
摘 要：针对复合材料蜂窝夹层结构发展了许多新的计算模型，对于不同的计算模型，其公式复杂性和计算精度高低都不相同。本文通过对比蜂窝夹层板刚度矩阵与层合板刚度矩阵的方法，得到两者差值比矩阵和相应限制条件。 关键词：复合材料；蜂窝夹层；刚度矩阵 1 概述
在复合材料夹层结构中，横向剪切变形直接关系到结构的抗弯特性，特别是当夹心较厚且较易变形时更为如此。因此针对夹层结构的分析发展了许多新的计算模型。通常这些模型可以归为三大类：①基于虚位移原理的公式；②基于虚力原理的公式；③基于混合变分原理的公式[1]。建立在这些公式之上的有限元模型分别称作位移模型，平衡模型和混合模型。对于每一种模型，元素在公式的复杂程度、精度和适用性等方面，差别很大。因此在复合材料夹层结构的分析中，计算方法的选择至关重要。
本文根据位移模型的假设得到蜂窝夹层板刚度矩阵，再将层合板刚度矩阵变化成近似的蜂窝夹层板刚度矩阵，最终得到两者之间的差值比矩阵和相应限制条件。由于层合板建立全机模型的技术较为成熟，故在限制条件下用此方法建立蜂窝夹层结构的全机有限元模型较为准确和便捷。
2 蜂窝夹层板刚度
夹层板是夹层结构的典型结构形式。根据蜂窝夹层板的结构特点，弯曲时其面板主要承受内拉伸、压缩及面内剪应力，芯材主要承受横向剪应力。为此夹层板可做如下假设[2]： 根据蜂窝夹层板的基础假设可知，蜂窝夹层结构具有面板较薄、芯材拉伸刚度基本为0的特性，故层合板与蜂窝夹层结构可以采用同样的简化方法。 4 结论
本文还给出了差值比矩阵，可以通过矩阵值的大小直观的判断出是否可以使用层合板简化办法来简化此种蜂窝夹层板。
层合板建立全机有限元模型技术十分成熟，在满足要求的情况下用此方法建立蜂窝夹层结构全机有限元模型较为快捷和准确。
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参考文献：
[1]何蕊，罗文波，王本利，孔宪仁.铝蜂窝板非线性动力学特性分析[A].国务院学位办.2008年全国博士生学术论坛（航空宇航科学与技术）论文集[C].南京：2008年全国博士生学术论坛（航空宇航科学与技术），2008，98-103.
[2]李顺林，王兴业.复合材料结构设计基础[M].湖北：武汉工业大学出版社，1993，120-125.
[3]牛春匀（著），冯阵宇，程小全，张纪奎（译）[M].实用飞机复合材料结构设计与制造，北京：航空工业出版社，2010，325-344 作者简介：
贾炜琰（1985—），男，学士，工程师，研究方向：飞机静强度分析及试验。
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