基于静态凝聚法的蜂窝芯轴向变胞元非均匀排布优化

摘要

为了有效改善蜂窝结构的强度与刚度，提出利用静态凝聚法实现变胞元的几何参数和非均匀排布同时优化的方法。根据卡氏定理，推导胞元的等效弹性模量和泊松比；沿轴向均匀划分蜂窝芯为若干列子结构，利用有限元法得到子结构的刚度矩阵；采用静态凝聚法建立超单元刚度矩阵，依据超单元节点编号装配获得蜂窝芯的整体刚度矩阵；计算蜂窝芯在剪切载荷作用下的结构变形，并与ANSYS结果比较分析。以子结构的个数以及胞元的夹角、夹板宽与斜壁长之比为设计变量，胞元的等效弹性模量最大和蜂窝芯的变形最小为设计目标，利用改进的粒子群算法进行优化并研究蜂窝芯优化前后的静、动态特性变化规律。结果表明：变胞元非均匀排布优化后，最大的位移、应力、应变均明显减小，且激励频率等于第二阶固有频率时振动最为强烈。研究结论可为蜂窝结构变胞元排布的优化设计提供指导。

关键词

蜂窝芯 / 变胞元 / 非均匀排布 / 静态凝聚法

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.51805369); 天津市科技计划项目(No.20YDTPJC00820)