蜂窝芯材设计对复合材料夹层板力学性能影响的评估

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航空航天、汽车和海洋工业广泛应用蜂窝芯材的夹层板结构。虽然六边形蜂窝是最常用的芯材几何构型，但轻量化结构设计近年出现了新的替代方案。本研究评估了金属和高分子蜂窝结构的力学性能，包括规则六边形蜂窝（Hr）、莲花型（Lt）和具有Plateau边界的六边形蜂窝（Pt）三种构型，以及0°、45°、90°三种面内取向。采用增材制造和减材制造工艺制备了铝合金和聚乳酸（PLA）蜂窝结构。铝合金结构分别通过选择性激光熔融技术和机械加工获得，PLA结构通过熔融沉积成型工艺制备。通过三点弯曲试验和有限元数值模拟相结合的方法，从应力分布、载荷-位移曲线分析了结构的强度、刚度和吸能能力，并对PLA蜂窝的失效模式进行了分析。结果表明数值模拟与实验结果具有良好的相关性。研究发现，刚度和吸能能力随构型按Hr、Pt、Lt的顺序递增，随取向按45°、90°、0°的顺序变化。其中0°取向的Lt结构在低重量、高刚度和大吸能能力的工业应用中表现出优异性能，是传统蜂窝夹层复合材料的有效替代方案。

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