一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115303471A(43)申请公布日2022.11.08(21)申请号202211070050.8(22)申请日2022.09.02(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人周丽李晨晓邱涛(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237专利代理师王慧颖(51)Int.Cl.B64C3/26(2006.01)B64F5/10(2017.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法(57)摘要本发明公开了一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，涉及变体飞机柔性结构设计领域，由枣核形单胞构成的双层可变形蜂窝结构，根据蒙皮大小、变形能力、面外承载能力的不同，该结构可通过调整连接板长度、弯曲板长度、柔性单元宽度、柔性单元厚度、相邻连接板初始距离等参数进行设计；本发明解决柔性蒙皮既要求面内大变形，又要求面外足够承载能力的矛盾，而且可设计性强，工艺容易实现。本发明不同于其他蒙皮结构的整体加工，该结构由若干切割好的纵向柔性板横向焊接而成，大大降低了制作难度，具有较高的工程实用性。CN115303471ACN115303471A权利要求书1/2页1.一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，枣核型双层可变形蜂窝结构由枣核形单胞复制扩展而成，每个枣核形单胞包含4个柔性单元；柔性单元上有处于不同层面的弯曲板；在一层面的弯曲板向右方向弯曲，与右边另一个柔性单元上同一层面向左弯曲的弯曲板构成枣核形单胞，该柔性单元上另一层面的弯曲板向另一个左方向弯曲，与左边另一个柔性单元上同一层面向右弯曲的弯曲板构成枣核形单胞；单胞结构复制和组合形成双层或三层可变形蜂窝结构；所述的柔性单元上有连接板，将不同层面的弯曲板根部连接在一起，实现不同层面可变形蜂窝结构的自然连接；可变形蜂窝的长L，宽W，厚h，变形主要发生在宽度方向上；结构参数有柔性单元长a+2b，宽h，其中a是连接板的长度，b是上下两端弯曲板的长度，柔性单元的宽度h与可变形蜂窝的厚度相等，均为h；柔性单元厚度t，相邻柔性单元连接板初始距离c，柔性单元弹性模量E，切缝宽度d，横向柔性单元数量m，纵向柔性单元数量n；蜂窝网格的孔隙大小取决于柔性单元之间的距离c和柔性单元的长度a+2b；由c初步确定宽度方向上柔性单元的个/条数m，W＝mc；根据蜂窝孔隙纵向尺寸a+2b确定长度方向上柔性单元的个数n，L＝n(a+2b)；由可变形蜂窝结构的变形要求U确定每个柔性单元弯曲板的变形u，U＝2mu；弯曲板横向变形u与弯曲板长度b有关，u≤0.15b，确定b和a；由面外刚度确定m、t和h；将L、W平面上的面外法向载荷整理成线载荷作用在长度L、宽度B0(通过调节梁宽B0满足面外承载要求后，取可变形蜂窝W＝B0)、高H0的梁结构上，两端边界条件为固支，与有限元分析的边界条件相同，计算中点位移w1，根据折算系数计算折算后中点位移为w2；用有限元分析的结果对w2进行修正。2.根据权利要求1所述的一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，用有限元分析的结果对w2进行修正的具体步骤为：1)对枣核形双层可变形蜂窝结构采用壳单元进行建模，以横向为x轴，纵向为y轴，根据右手法则确定z轴；2)输入结构参数和材料参数；3)根据实际使用情况，设置左右边界固支；4)将面外气动载荷处理成线载荷作用在相应结点的z方向；5)选择单元类项为S8R，并划分网格；6)提交工作计算出中点位移w3，修正系数为η＝w2/w3；如果中点处的变形超出规定要求，调整m、h或t；h不超过柔性蒙皮规定厚度；依据修正后的B，按c+u满足蜂窝横向孔隙要求确定m、t和h，B＝mt；按材料力学悬臂梁端部受到横向变形u、端部转角为0的条件，求解得到弯曲板端部需要的载荷和弯曲板根部应力校核弯曲板的强度，总驱动力F＝2nf。3.根据权利要求1所述的一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，所述的柔性单元上的弯曲板分为上端弯曲板和下端弯曲板，中间是连接板(5)，根据相同层面的上端弯曲板和下端弯曲板的弯曲方向不同，可分为A型柔性单元和B型柔性单元，A型柔性单元和B型柔性单元可以组成不同形状的单胞结构；A型枣核形单胞的孔隙长度是2(a+2b)，B型枣核形单胞的孔隙长度是a+2b；A型枣核形单胞的折算系数是1/4，B型枣核形单胞的折2CN115303471A权利要求书2/2页算系数是5/32。4.根据权利要求1所述的一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，所述的柔性单元上含有弯曲板、连接板、切缝和止裂孔；柔性单元有初始弯曲形状，弯曲板端部与连接板的横向距离是c/2；A型柔性单元在宽度方向的h/2处形成长