基于ansys铝蜂窝板正交各向异性夹心实体板的简化-余以正.pdf

基于 ansys 铝蜂窝板正交各向异性夹心实体板的简化 余以正余以正 王科飞王科飞 余以正余以正 王科飞王科飞 （长春轨道客车股份有限公司（长春轨道客车股份有限公司）） （（长春轨道客车股份有限公司长春轨道客车股份有限公司）） 摘要：摘要：本文针对铝蜂窝板在仿真分析建模与计算中存在的难度，提出了铝蜂窝板 摘要摘要：： 的各向异性夹心实体板等效模型，给出了等效方法与理论，并利用有限元分析软 件 ANSYS 分析验证了铝蜂窝板等效于各向异性夹心实体板的正确。分析与实践 表明，铝蜂窝实体等效模型完全可以用于工程分析计算中。 关键字：关键字： 铝蜂窝板铝蜂窝板 仿真分析仿真分析 材料各向异性材料各向异性 ANSYS 关键字关键字：： 铝蜂窝板铝蜂窝板 仿真分析仿真分析 材料各向异性材料各向异性 一、一、前言前言 一一、、前言前言 某轨道列车设备舱底板由蜂窝铝板面板和型材组成，与使用普通的面板相 比，铝蜂窝板具有以下优势： 1、密度小，一般每平米质量是同厚度同面积铝材的 1/7，大大降低了造价； 2、中间夹层含大量空气，蜂窝芯分隔成众多个封闭小室，阻止了空气流动， 使热量和声波受到极大阻碍，因此，起到隔热、保温、隔音的效果； 3、单位质量的比强度大、比刚度高、不易变形，相互连接的蜂窝芯就如无 数个工字钢，芯层分布固定在整个板面内，不易产生剪切，使板块更加稳定， 更抗弯挠和抗压。 正是基于以上优势，某轨道列车设备舱底板采用蜂窝铝板。但是，由于蜂 窝铝板自身结构的特点，使得在有限元建模与计算时带来了很大的不便，尤其是 当模型较大时，若将铝蜂窝一个个创建出来，将会大大增加建模与计算的工作量。 然而，考虑到铝蜂窝材料具有正交各向异性材料的特点，因此可以将其等效为一 种实体的正交各向异性材料，整个铝蜂窝板也可以简化为一种夹心板模型，如此 一来，将会大大简化有限元模型的建立，降低计算机的计算量，提高工作效率。 图1-1中给出了铝蜂窝详细模型和简化的夹心板模型。 图1-1 铝蜂窝板真实几何模型和简化的夹心板几何模型 二、二、铝蜂窝材料等效理论依据铝蜂窝材料等效理论依据 二二、、铝蜂窝材料等效理论依据铝蜂窝材料等效理论依据 2.1 正交各向异性材料本构关系2.1 正交各向异性材料本构关系 2.1 2.1 正交各向异性材料本构关系正交各向异性材料本构关系 对于正交各向异性材料，其本构关系可由2-1式给出： σ C C C 0 0 0 ε    11 12 13    1 1       σ C C C 0 0 0 ε 2 21 22 23 2         