一种正交波纹夹层结构的等效弹性模量预测方法与流程

本发明涉及一种正交波纹夹层结构的力学计算方法，具体涉及一种正交波纹夹层结构的等效弹性模量预测方法。

背景技术：

波纹夹层结构一般由三部分组成，最外侧是上下面板，主要承载正应力；中间层是芯材，主要承载剪切应力。芯材和面板之间可以一体成型，也可以通过焊接、胶接等连接手段粘接在一起。波纹夹层结构充分利用了复合结构比强度、比模量高的优势，借助芯材提高截面惯性矩，从而达到理想的结构力学性能，其应用领域越来越广泛，涉及到国防、军事、车辆、舰船、潜艇、建筑、桥梁等。目前所报道的波纹结构一般是面内呈单向波纹形式，其面内力学性能有一定的方向性，有一个方向的力学性能很弱，提出一种具有两个方向强度均较高的新型波纹结构意义重大。

双向正交波纹结构的芯材面内呈正交波纹形式，具有良好的力学性能，但是正交波纹结构复杂，使得该结构的等效弹性模量不易获取，目前主要通过有限元模拟或实验来进行相关结构的设计，方法复杂繁琐，需花费大量的人力物力财力，难以工程使用，限制了该类结构的应用和发展。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种正交波纹夹层结构的等效弹性模量预测方法，该方法能够很好的预测该结构的等效弹性模量，具有效率高，计算精确，可设计性好等优点。

一种正交波纹夹层结构的等效弹性模量预测方法，正交波纹夹层结构由上面板、下面板和芯材组成，所述芯材的正反表面均具有按照行列规律分布的凹坑，凹坑的正交截面为梯形，同一行或列中，正面的凹坑形成波谷，反面相邻的凹坑形成波峰，由此形成规律的正弦波纹分布；上面板和下面板分别固定在芯材的上下表面；该预测方法的实现步骤如下：

步骤一：将正交波纹夹层结构划分为多个形状相同的代表性胞元；

步骤二：将每个胞元等效成均质材料；

步骤三：通过假设和分析获取代表性胞元的等效弹性模量。

进一步地，所述的等效弹性模量包括三个方向的等效弹性模量。

进一步地，所述三个方向的等效弹性模量计算公式如下：

以正交波纹结构前侧底部的中点为原点，以竖直方向与上面板和下面板垂直方向为z轴，其它两个结构完全相同的方向分别为x轴与y轴建立坐标系，

其中，ez为竖直方向的等效弹性模量，ey与ex分别为结构相同的另外两个方向等效弹性模量，e0为制造结构母材的弹性模量，c为正交波纹结构水平波纹长度，l为正交波纹结构倾斜波纹长度，θ为正交波纹结构倾斜波纹与竖直面的夹角，δ为正交波纹结构的厚度，t为上面板的厚度，w为下面板的厚度。

有益效果：

本发明针对正交波纹夹层结构提出了一种简易的预测其三个方向等效弹性模量的方法，该弹性模量预测方法能够很好的用于对正交波纹夹层结构进行性能预测，解决了现有方法只能通过实验和有限元来获取，过程复杂繁琐，需花费大量的人力物力财力，难以工程使用的缺点，增加了该新型结构的可设计性，方便工程应用。

附图说明

图1为本发明正交波纹夹层结构爆炸示意图

图2为本发明正交波纹夹层结构斜视图

图3为本发明正交波纹夹层结构去掉下面板的示意图

图4为本发明的步骤流程图

图5为发明正交波纹夹层结构胞元主示意图

其中，1-上面板、2-芯材、3-下面板。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1-3所示，本发明的正交波纹夹层结构由上面板1、下面板3和芯材2组成，芯材2的正反表面均具有按照行列规律分布的凹坑，凹坑的正交截面为梯形，同一行或列中，正面的凹坑形成波谷，反面相邻的凹坑形成波峰，由此形成规律的正弦波纹分布；上面板1和下面板3分别固定在芯材2的上下表面；

本发明针对正交波纹夹层结构的等效弹性模量预测方法，如附图4所示，该预测方法的实现步骤如下：

步骤一：将正交波纹夹层结构划分为多个形状相同的代表性胞元，胞元结构如附图5所示；

步骤二：将每个胞元等效成均质材料；

步骤三：通过假设和分析获取代表性胞元的等效弹性模量，等效弹性模量包括三个方向的等效弹性模量。

所述三个方向的等效弹性模量计算公式如下：

以正交波纹结构前侧底部的中点为原点，以竖直方向与上面板和下面板垂直方向为z轴，其它两个结构完全相同的方向分别为x轴与y轴建立坐标系，

其中，ez为竖直方向的等效弹性模量，ey与ex分别为结构相同的另外两个方向等效弹性模量，e0为制造结构母材的弹性模量，c为正交波纹结构水平波纹长度，l为正交波纹结构倾斜波纹长度，θ为正交波纹结构倾斜波纹与竖直面的夹角，δ为正交波纹结构的厚度，t为上面板的厚度，w为下面板的厚度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种正交波纹夹层结构的等效弹性模量预测方法，其中，正交波纹夹层结构由上面板、下面板和芯材组成，该夹层结构采用双向波纹正交叠加，正交波纹夹层结构的等效弹性模量预测方法首先将正交波纹夹层结构划分为多个形状相同的代表性胞元，然后将每个胞元等效成均质材料，最终获取代表性胞元的等效弹性模量。本发明的交波纹夹层结构等效弹性模量预测方法可以很好的预测该结构的等效弹性模量，具有效率高，计算精确，可设计性好等优点。

技术研发人员：李会民;葛磊;刘宝生;苏浩然;冯天怡;周磊;方岱宁
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2018.11.29
技术公布日：2019.04.19