3D打印仿生双芯复合材料夹芯梁的振动特性：实验与数值研究

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复合材料夹芯结构广泛应用于航空航天、汽车和海洋工程等领域。芯材设计的确定和优选对夹芯结构至关重要。本研究开发了仿生芯材，并研究了双层仿生蜂窝芯复合材料夹芯梁的振动响应。面层采用手工铺层法制备，采用熔融沉积成型（FDM）3D打印PLA蜂窝芯材。根据ASTM-E1876标准和动态替代法分别评估了面层弹性性能和芯材刚性模量。通过数值模拟预测夹芯板的固有频率和振型，并与实验结果进行了验证，计算值与实验值吻合度优异。由于芯材的存在和刚性模量的提高，双层层状蜂窝芯夹芯梁在所有复合材料夹芯梁中产生最高的固有频率，其次为双层规则蜂窝芯、单层层状蜂窝芯和单层规则蜂窝芯。还分析了不同夹芯结构的几何参数研究，包括芯材厚度、长宽比、铺层方案、支撑条件和横向振动响应。研究结果表明，航空航天和海洋结构中的厚复合材料夹芯板可用双层仿生芯材结构替代。双芯夹芯梁在相同质量比例下提供了比单芯梁更高的模态频率。研究基于开心果壳仿生蜂窝芯材开发，采用动态替代法获取夹芯层间剪切性能，层状增强仿生模型获得更高的剪切模量和刚度，双芯梁高弯曲刚度增强了固有频率。

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