不同复合材料蜂窝夹芯结构冲击能量吸收特性研究

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蜂窝结构是机身中广泛应用的夹芯结构，其中六边形蜂窝芯是最常用的类型。结构的能量吸收特性和阻抗能力是直接影响蜂窝夹芯结构能量吸收性能的主要因素。本研究针对复合材料蜂窝夹芯结构的面外力学性能进行了系统研究。基于数值模拟结果，通过落锤冲击试验验证了多种复合材料蜂窝夹芯结构的能量吸收特性。研究表明，复合材料蜂窝夹芯结构的瞬态能量吸收特性主要与蜂窝结构的孔胞尺寸相关，前层孔胞尺寸越小，整体抗冲击性能越强；所设计的复合材料蜂窝夹芯结构强度超过7075铝合金-NOMEX和碳纤维-NOMEX蜂窝夹芯结构。对不同冲击能量下复合材料蜂窝夹芯结构的能量吸收特性进行了对比研究，分析了与时间变量相关的位移、力和能量曲线。对比研究了复合材料蜂窝夹芯结构与现有机身结构的防护性能差异。获得了落锤低速冲击下复合材料蜂窝夹芯的最优结构设计参数。所设计蜂窝夹芯结构的单位体积最大能量吸收能力分别比NOMEX-AL和NOMEX-C结构高171.7%和229.8%。6.4 mm和3 mm孔胞尺寸在高速缓冲和防撞性能方面表现良好。复合材料蜂窝夹芯机身结构可改善无人机机身结构的抗损伤性能，在保证与现有蜂窝夹芯机身结构厚度相同和轻量化条件下，改善现有机身结构的单芯承载模式。

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