超輕多孔“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)材料設(shè)計方法研究綜述

李 響，童 冠，周幼輝

（1.三峽大學(xué)水電機械設(shè)備設(shè)計與維護(hù)湖北省重點實驗室，湖北宜昌 443002；2.三峽大學(xué)機械與動力學(xué)院，湖北宜昌 443002；3.三峽大學(xué)新能源微電網(wǎng)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北宜昌 443002）

超輕多孔“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)材料設(shè)計方法研究綜述

李 響1，2，3，童 冠2，周幼輝2

（1.三峽大學(xué)水電機械設(shè)備設(shè)計與維護(hù)湖北省重點實驗室，湖北宜昌 443002；2.三峽大學(xué)機械與動力學(xué)院，湖北宜昌 443002；3.三峽大學(xué)新能源微電網(wǎng)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北宜昌 443002）

隨著夾層結(jié)構(gòu)材料在工程領(lǐng)域中的不斷推廣應(yīng)用，現(xiàn)有夾層結(jié)構(gòu)材料逐漸不能滿足工程設(shè)計要求，迫切需要開發(fā)高效、節(jié)能并易于加工的新型夾層結(jié)構(gòu)材料。結(jié)合重大應(yīng)用背景（主要包括超輕高強金屬夾層結(jié)構(gòu)材料在汽車、航空航天、機械等領(lǐng)域的高質(zhì)量、高能耗裝備中的應(yīng)用），提出并構(gòu)建一種新型“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)材料，研究夾芯層的力學(xué)性能等效方法，夾層結(jié)構(gòu)的強度、剛度和固有頻率特性，以及基于失效準(zhǔn)則的結(jié)構(gòu)材料一體化設(shè)計方法，為輕量化材料和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計提供新的思路。

金屬基復(fù)合材料；“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)；創(chuàng)新設(shè)計；力學(xué)性能等效方法

《國家新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》明確指出：要以提高新材料自主創(chuàng)新能力為核心，以新型功能材料、高性能結(jié)構(gòu)材料和先進(jìn)復(fù)合材料為發(fā)展重點。在這種背景下，圍繞中國節(jié)能和新能源汽車、高端裝備制造業(yè)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對新材料的重大需求，開發(fā)低成本、高效率、資源－能源節(jié)約型、環(huán)境友好型等的新型結(jié)構(gòu)材料具有重要的戰(zhàn)略意義。作為高效率、能源節(jié)約型復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)的典型代表，夾層結(jié)構(gòu)材料具有質(zhì)量輕、比強度和比剛度高、穩(wěn)定性好等眾多優(yōu)點，它將面板的高強度和高模量與夾芯的低密度和高剛性有機結(jié)合起來，在航空航天、汽車、船舶、機械、建筑等領(lǐng)域中有著極其重要的應(yīng)用價值。

1 “類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的概念

隨著夾層結(jié)構(gòu)材料在工程領(lǐng)域中的不斷推廣應(yīng)用，對夾層結(jié)構(gòu)材料的比強度、比剛度、穩(wěn)定性、抗疲勞、耐熱性、結(jié)構(gòu)尺寸等性能指標(biāo)提出了更高的要求，包括蜂窩夾層結(jié)構(gòu)在內(nèi)的傳統(tǒng)的夾層結(jié)構(gòu)材料逐漸不能滿足工程設(shè)計要求，迫切需要開發(fā)新型夾層結(jié)構(gòu)材料。目前，包括Kagome，X-core等夾層結(jié)構(gòu)在內(nèi)的多種新型夾層結(jié)構(gòu)被提出［1－2］，引起了國內(nèi)外許多研究者的興趣并進(jìn)行深入研究。然而，這些新型夾層結(jié)構(gòu)由于其夾芯層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，導(dǎo)致加工困難，使得這些新型夾層結(jié)構(gòu)不能在工程中得到推廣應(yīng)用，并依賴于新型高精度制造工藝的開發(fā)，制造成本偏高。

目前，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)［3－4］是設(shè)計理論和制造工藝技術(shù)非常成熟和應(yīng)用非常廣的夾層結(jié)構(gòu)類型之一，主要以六邊形蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)（如圖1a）所示）為主，同時包含四邊形、三角形等規(guī)則蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于航天飛機、船舶、汽車等運載工具，并逐步被運用到大型平板類零部件的輕量化設(shè)計中，具有廣闊的市場前景。同時，針對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、力學(xué)性能、加工工藝、強度和剛度特性等方面的研究依然在不斷深化創(chuàng)新。基于上述原因，針對目前成熟的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計或者創(chuàng)新構(gòu)型，將具有重要的創(chuàng)新意義和工程應(yīng)用價值。

在前期的研究基礎(chǔ)上，從仿生學(xué)和創(chuàng)新構(gòu)型的角度出發(fā)，本文提出了“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的概念，擬通過優(yōu)化排列六邊形和四邊形夾芯胞元，設(shè)計合適的六邊形和四邊形組合胞元結(jié)構(gòu)，構(gòu)造新型“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)（如圖1b）和圖1c）所示）。

圖1 六邊形蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)和新型“類蜂窩”夾芯結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Models of hexagonal honeycomb core＇s structure and new class-honeycomb core’s structure

為了評估“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的研究價值和可行性，選取“類蜂窩”夾芯層中較為基本的六邊形和四邊形組合單元，定義為細(xì)胞單元體。“類蜂窩”夾芯胞元（后面簡稱胞元）的結(jié)構(gòu)及其幾何尺寸關(guān)系如圖2所示。

為了對其等效力學(xué)性能進(jìn)行分析，運用力的平衡原理、材料力學(xué)梁彎曲理論和質(zhì)量守恒定律等相關(guān)知識，在充分考慮胞元壁板伸縮變形的前提下，建立胞元的簡化模型，如圖3所示，求解方法如圖4所示。經(jīng)推導(dǎo)可得到夾芯層的等效力學(xué)性能參數(shù)表達(dá)式。

為了驗證理論成果的正確性和可靠性，針對類蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)（單胞/多胞元結(jié)構(gòu)）進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，如圖5和圖6所示。研究結(jié)果較好地驗證了理論公式的正確性。

初步研究成果表明，與同質(zhì)量的六邊形和四邊形蜂窩夾層相比，創(chuàng)新構(gòu)型的新型“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)具有更加優(yōu)良的力學(xué)性能。因此，為了揭示“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的強度、剛度、穩(wěn)定性、失效性等重要性能，需要開展“類蜂窩”夾層的結(jié)構(gòu)性能、材料性能及其一體化設(shè)計方法等方面的基礎(chǔ)研究，為提高其使用可靠性提供理論與設(shè)計依據(jù)。

圖2 “類蜂窩”夾芯胞元結(jié)構(gòu)及其幾何尺寸關(guān)系Fig.2 Structure and physical dimension of class-honeycomb sandwich unit cell

圖3 “類蜂窩”夾芯胞元的簡化模型Fig.3 Simplified model of class-honeycomb sandwich unit cell

圖4 胞元力學(xué)性能求解Fig.4 Solution of mechanical properties of the unit cell

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析

1849年，夾層結(jié)構(gòu)概念第1次被提出［5］。夾層結(jié)構(gòu)第1次成功的工程應(yīng)用是二戰(zhàn)期間的蚊式轟炸機，用以減輕飛機的質(zhì)量［6］，自此夾層結(jié)構(gòu)引起了全世界的廣泛關(guān)注。目前，國內(nèi)外尚未有“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)概念的提法，也未見類似結(jié)構(gòu)及其性能的相關(guān)研究。本文主要對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)相關(guān)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析、總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上提出“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的研究設(shè)想。

圖5 單胞元橫向/縱向加載有限元分析結(jié)果Fig.5 Finite element analysis results of horizontal/vertical load on one unit cell

圖6 多胞元有限元分析結(jié)果Fig.6 Finite element analysis results of multiple unit cells

2.1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究

自20世紀(jì)40年代開始，國內(nèi)外大量學(xué)者對蜂窩夾層的夾芯細(xì)觀結(jié)構(gòu)及整個蜂窩夾層宏觀結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了不斷探索，取得了眾多的研究成果［7－17］。現(xiàn)有文獻(xiàn)表明，針對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究主要有下面3種途徑：1）通過建立不同的力學(xué)模型對蜂窩夾芯層的力學(xué)性能以及蜂窩夾層結(jié)構(gòu)整體的力學(xué)性能進(jìn)行理論研究；2）運用計算機仿真技術(shù)對蜂窩夾芯和夾層結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能進(jìn)行數(shù)值模擬分析，進(jìn)而得到其力學(xué)性能參數(shù)；3）通過試制夾層結(jié)構(gòu)樣品進(jìn)行彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)、側(cè)壓等實驗方式，對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)力學(xué)性能進(jìn)行研究，獲取其力學(xué)性能參數(shù)。蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能主要體現(xiàn)在其等效彈性參數(shù)的求解上。以加拿大GIBSON為代表的學(xué)者圍繞蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)力學(xué)等效模型進(jìn)行了大量研究工作［8］，建立了多種夾芯結(jié)構(gòu)分析模型，這些模型使用的前提條件是確定蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)力學(xué)等效模型的彈性常數(shù)。GIBSON［10］等提出了經(jīng)典的胞元理論。

目前，有關(guān)蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的等效彈性常數(shù)的理論研究工作絕大部分是在胞元理論的基礎(chǔ)上展開的［7－11］。然而，這些研究所得到的等效彈性常數(shù)多為解析式，存在一定的誤差，難以直接應(yīng)用在工程中。因此，許多研究者采用數(shù)值模擬和實驗測試的方法對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行研究，從一定程度上提高了其精度，同時驗證了蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)等效彈性常數(shù)推導(dǎo)公式的正確性和可行性［12－15］。而針對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)力學(xué)等效模型的研究方法目前主要有“三明治”夾芯板理論、蜂窩板理論、等效板理論等［7］。“三明治”夾芯板理論只對蜂窩夾芯進(jìn)行等效，而后2種方法則對整個蜂窩夾層板進(jìn)行等效。

總體來說，目前仍然沒有非常完善的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)和蜂窩夾層結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的分析理論和方法，多采用理論分析、數(shù)值模擬或者實驗測試兩者或者三者相結(jié)合的方式，以獲得較為精確的蜂窩夾芯細(xì)觀結(jié)構(gòu)及整個蜂窩夾層宏觀結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能參數(shù)。

2.2 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的強度、剛度和固有頻率特性

強度、剛度是夾層結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計基本也是重要的性能指標(biāo)，而固有頻率特性則體現(xiàn)夾層結(jié)構(gòu)對穩(wěn)定性的要求。彎曲和扭轉(zhuǎn)是夾層結(jié)構(gòu)常見的受力情況。現(xiàn)有文獻(xiàn)表明，針對夾層結(jié)構(gòu)的強度和剛度特性研究主要集中于其彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等強度和剛度方面。由于夾層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，推導(dǎo)出精確的強度和剛度表達(dá)式一直以來是眾多研究者追求的目標(biāo)。WHITNEY［18－19］等針對扭轉(zhuǎn)載荷情況下的多層各向同性和各向異性復(fù)合材料層合板進(jìn)行了研究，為夾層結(jié)構(gòu)受到彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷情況下的強度和剛度性能研究奠定了理論基礎(chǔ)。VINSON［20］針對彎曲載荷條件下夾層結(jié)構(gòu)的強度和彎曲剛度性能進(jìn)行了深入分析，建立了平板夾層結(jié)構(gòu)強度和剛度的一般表達(dá)式。SEIDE［21］對矩形平板夾層結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)特性進(jìn)行了研究，推導(dǎo)了夾層結(jié)構(gòu)的剪切強度和扭轉(zhuǎn)剛度公式。

總體來說，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)在受到彎曲載荷情況下的強度和剛度公式比較精確，而在扭轉(zhuǎn)載荷情況下的強度和剛度公式則比較復(fù)雜，誤差也較大，主要受到蜂窩夾芯的結(jié)構(gòu)形式及其等效彈性常數(shù)的影響［22－23］。有學(xué)者對方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)振動性能及總體穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)分析，采用數(shù)值仿真技術(shù)和有限元分析法，模擬了方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)固有頻率的變化規(guī)律［9，24］，具有重要的參考價值。

2.3 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的失效分析

在蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化過程中，需要充分考慮其失效問題。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的失效模式主要包括如下幾方面［6］。1）強度失效：面板材料和夾芯材料必須抵抗由外載荷引起的拉伸、壓縮和剪切應(yīng)力；2）剛度失效：夾層結(jié)構(gòu)必須具備足夠的彎曲剛度和剪切剛度，以防止其過度偏轉(zhuǎn)；3）屈曲失效：夾層結(jié)構(gòu)必須有足夠的夾芯厚度和剪切模量，以防止在邊緣端部橫向壓縮力的作用下發(fā)生屈曲；4）剪卷邊失效：夾層結(jié)構(gòu)必須有足夠的夾芯厚度和剪切模量，以防止在邊緣端部橫向壓縮力的作用下發(fā)生過早剪切失效；5）面板褶皺失效：夾層結(jié)構(gòu)必須有足夠高的面板層壓縮模量和夾芯層壓縮強度，以防止發(fā)生面板褶皺失效等。這些失效模式經(jīng)常在夾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程中發(fā)生，因此在設(shè)計夾層結(jié)構(gòu)的時候必須充分給予考慮。

2.4 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法

對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，其目的是在受到強度、剛度等約束條件下對夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在保證夾層結(jié)構(gòu)最小質(zhì)量的情況下，獲取夾層結(jié)構(gòu)各層之間最佳的厚度比例及具體尺寸。MUSHTAQ［25］對具有夾層形式復(fù)合船體的優(yōu)化設(shè)計和可靠性進(jìn)行了深入研究和分析，包括夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)力學(xué)計算模型、面板和芯層材料的選擇、復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)與鋼質(zhì)材料的連接以及其應(yīng)力、強度分析等，對夾層結(jié)構(gòu)應(yīng)用于艦船的輕量化設(shè)計具有很重要的參考價值。文獻(xiàn)［26］和文獻(xiàn)［27］對受到強度約束或者彎曲剛度約束的泡沫夾層結(jié)構(gòu)最小質(zhì)量問題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

現(xiàn)有文獻(xiàn)表明，針對夾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計問題主要基于強度或者剛度等單一約束條件，很少考慮多約束條件，這無疑影響優(yōu)化設(shè)計結(jié)果的可靠性。因此，綜合考慮夾層結(jié)構(gòu)的強度、剛度、固有頻率、失效準(zhǔn)則等多種因素的影響，建立一種多約束模型，對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)－材料性能進(jìn)行一體化設(shè)計，具有重要的創(chuàng)新意義和應(yīng)用價值。

2.5 汽車輕量化設(shè)計

目前，汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟承擔(dān)的“十二五”國家科技支撐計劃項目“汽車整車與關(guān)鍵零部件輕量化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用”已經(jīng)展開［28－31］。現(xiàn)有文獻(xiàn)表明，汽車輕量化技術(shù)的實現(xiàn)主要包括輕質(zhì)材料的研發(fā)和應(yīng)用、結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與優(yōu)化、新型制造工藝技術(shù)的開發(fā)和使用3種途徑。新西蘭懷卡托大學(xué)的研究人員采用TiAl復(fù)合材料等新型輕質(zhì)材料，對電動汽車車身、底盤進(jìn)行了輕量化設(shè)計，理論分析和實驗結(jié)果證明效果良好［32－33］。吉林大學(xué)王志超基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)和選用高強度或者低密度的新型材料2種輕量化方法進(jìn)行了ZK-1型電動車輕質(zhì)車身結(jié)構(gòu)的研究，提出了框架式電動車車身結(jié)構(gòu)，并將材料替換和結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩者結(jié)合在一起，提出了鋼塑一體車身結(jié)構(gòu)［34］。目前，針對汽車的輕量化設(shè)計已經(jīng)涉及到車身、車門、底盤等各種零部件。

根據(jù)對現(xiàn)有文獻(xiàn)的分析，目前汽車輕量化研究主要側(cè)重于結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計或輕質(zhì)材料的運用，較少同時考慮結(jié)構(gòu)輕量化、材料輕量化等方法的綜合運用［35］。因此，將輕質(zhì)高強夾層結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用到新能源汽車底盤甲板對其進(jìn)行輕量化設(shè)計，可解決以往在輕量化設(shè)計中存在的“輕質(zhì)”和“高強”兩方面互不相容的問題，具有重要的創(chuàng)新意義。電動車底盤甲板輕量化設(shè)計見圖7。

綜上所述，夾層結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為材料、機械、結(jié)構(gòu)力學(xué)及制造工藝等交叉學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。夾層結(jié)構(gòu)具有高度的靈活性和可設(shè)計性，對其進(jìn)行包括材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及功能設(shè)計一體化協(xié)同優(yōu)化設(shè)計，能夠使其滿足傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式所不具備的各種工程需求。

圖7 電動車底盤甲板輕量化設(shè)計Fig.7 Lightweight design of electric vehicle chassis deck

3 “類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的研究內(nèi)容

3.1 “類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型及其力學(xué)性能研究

基于仿生學(xué)和拓?fù)鋬?yōu)化理論，對“類蜂窩”夾芯胞元結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)型設(shè)計，確定夾芯胞元結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)及其尺寸關(guān)系；建立“類蜂窩”夾芯胞元結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算模型并進(jìn)行求解，得到“類蜂窩”夾芯層的等效力學(xué)參數(shù)表達(dá)式；構(gòu)建“類蜂窩”夾芯層的數(shù)值計算模型，對其進(jìn)行數(shù)值模擬分析；試制“類蜂窩”夾芯結(jié)構(gòu)樣品，進(jìn)行實驗測試。通過對比理論分析、數(shù)值模擬和實驗測試結(jié)果，確定“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)夾芯層的等效彈性常數(shù)和等效密度等性能參數(shù)。以“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)整體為對象，建立其等效力學(xué)模型并求解，獲得“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)性能指標(biāo)，進(jìn)而提出“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)力學(xué)性能等效方法。

3.2 “類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的強度、剛度和固有頻率特性研究

借鑒現(xiàn)有蜂窩夾層結(jié)構(gòu)強度、剛度和固有頻率特性的研究成果和分析方法，對“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)在彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷情況下的強度、剛度公式進(jìn)行推導(dǎo)；分析“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的振動性能及總體穩(wěn)定性，獲取其固有頻率的解析值，同時研究“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計參數(shù)對其固有頻率的影響機理。以“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的強度、剛度、固有頻率等作為約束條件，在遵循其失效準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，建立“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的多約束模型并對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，確立新型“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計方法。

3.3 新型“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)材料一體化設(shè)計方法研究

分析“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的主要失效模式，建立其失效準(zhǔn)則。在遵循失效準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，構(gòu)建以強度、剛度和固有頻率為約束條件的新型“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的多約束模型。以輕量化為目標(biāo)，構(gòu)建新型“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型，確立新型“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)－材料性能一體化設(shè)計方法。以新能源電動車底盤甲板輕量化設(shè)計為對象，開展“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用研究。

4 結(jié) 語

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是夾層結(jié)構(gòu)類型材料中設(shè)計理論和制造工藝技術(shù)較為成熟的和應(yīng)用廣泛的類別之一。國內(nèi)外尚未有“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)概念的提法，也未見類似結(jié)構(gòu)及其性能的相關(guān)研究。結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域的研究成果，系統(tǒng)描述“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)的概念和其目前的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀，可供相關(guān)領(lǐng)域的研究人員在各自的研究中作為參考。

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Research overview of design method of super light multi-hole classhoneycomb sandwich structure materials

LI Xiang1，2，3，TONG Guan2，ZHOU Youhui2
（1.Hubei Key Laboratory of Hydroelectric Machinery Design ＆Maintenance，China Three Gorges University，Yichang，Hubei 443002，China；2.College of Mechanical and Power Engineering，China Three Gorges University，Yichang，Hubei 443002，China；3.Hubei Provincial Collaborative Innovation Center for New Energy Microgrid，China Three Gorges University，Yichang，Hubei 443002，China）

With the sandwich structure materials＇application and promotion in the field of engineering continuously，existing sandwich structure material gradually cannot meet the design requirements.It is very urgent to develop new sandwich structure materials of high efficiency，energy saving and easy to process.The project puts forward and constructs a new kind of class-honeycomb sandwich structure material combined with important application backgrounds that super light and high strength metal sandwich structure materials are applied into the high weight and high energy consumption equipments of automobile，aerospace and machinery and so on.This research involve：mechanical properties equivalent method for the class-honeycomb sandwich structure and its core；Strength，stiffness and inherent frequency characteristic and failure criterions of the class-honeycomb sandwich structure；based on the failure criterions constructing the multiple-constraint models of the class-honeycomb sandwich structure.The research tries to put forward a new method for innovative design of lightweight material and structure and new ideas of lightweight technology research in theory and practice.

metal matrix composites；class-honeycomb sandwich structure；innovative design；mechanical properties equivalent method

TB333

A

1008-1542（2015）01-0016-07

10.7535/hbkd.2015yx01005

2014-07-10；

2014-09-06；責(zé)任編輯：張士瑩

國家自然科學(xué)基金（51305232）；湖北省自然科學(xué)基金（2013CFB222）；水電機械設(shè)備設(shè)計與維護(hù)湖北省重點實驗室開放基金（2012KJX07）；三峽大學(xué)博士科研啟動基金（KJ2012B015）；三峽大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金

李 響（1979—），男，湖北黃梅人，副教授，博士，主要從事結(jié)構(gòu)輕量化、夾層結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等方面的研究。

童 冠。E-mail：icecooker＠sohu.com

李 響，童 冠，周幼輝.超輕多孔“類蜂窩”夾層結(jié)構(gòu)材料設(shè)計方法研究綜述［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報，2015，36（1）：16-22.

LI Xiang，TONG Guan，ZHOU Youhui.Research overview of design method of super light multi-hole class-honeycomb sandwich structure

materials［J］.Journal of Hebei University of Science and Technology，2015，36（1）：16-22.