金属点阵夹层结构承压筒体结构设计方法研究文献综述

 2021-11-01 22:23:18

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1.1 研究背景及意义

轻量化是国防装备及过程装备的发展趋势。金属点阵夹层结构具有高比刚度、刚比强度的特点[1],具有很强的可设计性,同时,作为典型的集轻质、高承载、多功能为一体的结构材料,夹层结构[2-3]也受到航空航天飞行器和船舶结构研究者们的青睐[4-5]。近年来已成为舰船甲板、桥面板等大跨度构件结构理想的轻量化结构,应用前景广阔。

过程装备在应用中面临多重叠加载荷,如内压、局部集中力、弯矩等,其相互之间的耦合作用使得点阵夹层筒体结构的设计变得十分复杂,为此需将各部分载荷解耦,分别考虑,针对各处不同载荷进行设计计算,以满足结构刚度和强度的要求。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 点阵结构

点阵材料是加州大学的Evans教授、剑桥大学的Ashby教授等人在2000年时提出的一种类似于空间网架结构的材料,也被称为点阵结构,是由节点和连接节点的杆件单元组成[6]。根据点阵单胞结构形式的不同以及空间构型,点阵结构可以归纳为以下三类结构:三维点阵材料、夹层点阵结构、平面点阵结构[7]

点阵结构具有同类夹芯结构所不具备的优点:结构空隙率大且相互联通,易于埋置小型元器件、功能材料等。因此,除了有着高比刚度、比强度等优良性能外,它还可实现结构、热控等多功能一体化[8-10]。同时,点阵结构还具有独特开放细胞结构的优点,在加载的同时可进行其他多功能应用,例如,面板之间的空腔可实现储能、制动、预埋等功能[11-12]

目前,关于金属三维点阵结构构型的基础研究已经取得了较大的进展,也在积极地探索将点阵结构材料应用于工程实际。但金属点阵结构作为一种近年来兴起的新型功能结构材料,其研究仍存在着很多难点与挑战[13]

1.2.2 点阵夹层结构

在点阵机构中,点阵夹层结构是当今研究的热点,它包括金字塔点阵夹芯结构、四面体点阵夹芯结构和Kagome点阵夹芯结构等[14-16],如图1所示,相应地,这些结构的组元材料是由不锈钢、铝合金变为强度更高的纤维增强复合材料。

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