一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法

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1.本发明涉及变体飞机柔性结构设计领域，具体涉及一种枣核形双层可变形蜂窝结构的设计和制作方法。

背景技术：

2.变体飞机在整个飞行任务中要经历复杂的飞行环境，飞行状态要随时改变。变体飞机通过实时改变飞机的结构形状，以便于在宽速域飞行过程中，始终保持最优的气动性能。机翼是产生升力的主要部件，对飞机性能影响较大，机翼变形要求柔性蒙皮结构可以提供足够大的面内变形和足够的面外承载能力。因此，变形能力和承载能力满足机翼变形要求的柔性蒙皮成为变体飞机设计中的一项重要挑战。

技术实现要素：

3.目前的柔性蒙皮多采用波纹结构形式或其它巧妙的结构形式，其中可变形蜂窝结构具有质量轻、面内变形大且面外承载能力强的特点，是比较理想的结构形式之一。本发明针对一种枣核形单胞的双层可变形蜂窝结构，提出具体的设计和制作方法，由枣核形单胞构成的双层可变形蜂窝结构，可实现较大的面内变形、面外承载能力强，单元易复制，可组合成多种柔性可变形结构。
4.本发明是这样实现的：
5.一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，枣核型双层可变形蜂窝结构由枣核形单胞复制扩展而成，每个枣核形单胞包含4个柔性单元；柔性单元上有处于不同层面的弯曲板；
6.在一层面的弯曲板向右方向弯曲，与右边另一个柔性单元上同一层面的弯曲板构成枣核形单胞，该柔性单元上另一层面的弯曲板向另一个左方向弯曲，与左边另一个柔性单元上同一层面的弯曲板构成枣核形单胞；单胞结构复制和组合形成双层或三层可变形蜂窝结构；所述的柔性单元上有连接板，将不同层面的弯曲板根部连接在一起，实现不同层面可变形蜂窝结构的自然连接；可变形蜂窝的长l，宽w，厚h，变形主要发生在宽度方向上；结构参数有柔性单元长a+2b，宽h，其中a是连接板的长度，b是上下两端弯曲板的长度，柔性单元的宽度h与可变形蜂窝的厚度相等，均为h；柔性单元厚度t，相邻柔性单元连接板初始距离c，柔性单元弹性模量e，切缝宽度d，横向柔性单元数量m，纵向柔性单元数量n；蜂窝网格的孔隙大小取决于柔性单元之间的距离c和柔性单元的长度a+2b；由c初步确定宽度(横向)方向上柔性单元的个/条数m，w＝mc；根据蜂窝孔隙纵向尺寸a+2b确定长度(纵向)方向上柔性单元的个数n，l＝n(a+2b)；
7.由可变形蜂窝结构的变形要求u确定每个柔性单元弯曲板的变形u，u＝2mu；弯曲板横向变形u与弯曲板长度b有关，u≤0.15b，确定b和a；
8.由面外刚度确定m、t和h；将l、w平面上的面外法向载荷整理成线载荷作用在长度l、宽度b0(通过调节梁宽b0满足面外承载要求后，取可变形蜂窝w＝b0)、高h0(调节梁高h0满
足面外承载要求后，取可变形蜂窝厚度h＝h0，柔性单元宽度与可变形蜂窝厚度相同)的梁结构上，两端边界条件为固支，与有限元分析的边界条件相同，计算中点位移w1，根据折算系数计算折算后中点位移为w2；用有限元分析的结果对w2进行修正。
9.进一步，用有限元分析的结果对w2进行修正的具体步骤为：
10.1)对枣核形双层可变形蜂窝结构采用壳单元进行建模，以横向为x轴，纵向为y轴，根据右手法则确定z轴；
11.2)输入结构参数和材料参数；
12.3)根据实际使用情况，设置左右边界固支；
13.4)将面外气动载荷处理成线载荷作用在相应结点的z方向；
14.5)选择单元类项为s8r，并划分网格；
15.6)提交工作计算出中点位移w3，修正系数为η＝w2/w3；如果中点处的变形超出规定要求，调整m、h或t；h不超过柔性蒙皮规定厚度；依据修正后的b，按c+u满足蜂窝横向孔隙要求确定m、t和h，b＝m t；(由于可变形蜂窝中柔性单元弯曲板是弯曲状态，梁结构只是近似结果，用这里的w3是有限元仿真结果对w2进行修正，确定修正系数，方便后续用理论结果推断实际情况。)
16.按材料力学悬臂梁端部受到横向变形u、端部转角为0的条件，求解得到弯曲板端部需要的载荷和弯曲板根部应力校核弯曲板的强度，总驱动力f＝2nf。
17.进一步，所述的柔性单元上的弯曲板分为上端弯曲板和下端弯曲板，中间是连接板(5)，根据相同层面的上端弯曲板和下端弯曲板的弯曲方向不同，可分为a型柔性单元和b型柔性单元，可以组成不同形状的单胞结构；a型枣核形单胞的孔隙长度是2(a+2b)，b型枣核形单胞的孔隙长度是a+2b；a型枣核形单胞的折算系数是1/4，b型枣核形单胞的折算系数是5/32。
18.进一步，所述的柔性单元上含有弯曲板、连接板、切缝和止裂孔；柔性单元有初始弯曲形状，弯曲板端部与连接板的横向距离是c/2；a型柔性单元在宽度方向的h/2处形成长度b(切缝长度必须与弯曲板长度一致)、宽度为d的切缝，将弯曲板切开，构成两个层面的弯曲板，即上端上层弯曲板(1)，上端下层弯曲板(2)，下端上层弯曲板(3)，下端下层弯曲板(4)；端部受面内载荷时，上端上层弯曲板向右弯曲、下端上层弯曲板向左弯曲，上端下层弯曲板向左弯曲、下端下层弯曲板向右弯曲；b型柔性单元在宽度方向的1/4h处和3/4h处形成两条长度b、宽度为d的切缝，将弯曲板切开，构成三个层面的弯曲板；即上端上层弯曲板(1)，上端下层弯曲板(2)，下端上层弯曲板(3)，下端下层弯曲板(4)，上端中层弯曲板(8)，下端中层弯曲板(9)，端部受面内载荷时，上端上层弯曲板和下端上层弯曲板向右弯曲，上端中层弯曲板和下端中层弯曲板向左弯曲，上端下层弯曲板和下端下层弯曲板向右弯曲；弯曲板与连接板交界处，即弯曲板的底部设置止裂孔(7)，止裂孔的直径d为切缝(6)宽度d的3倍以上。
19.进一步，所述的枣核形双层可变形蜂窝结构的纵向柔性单元由m条长为n(a+2b)、宽为h、厚度为t的柔性板组成，按b，a，2b，a，2b，a，
…
，2b，a，b的排列方式在各柔性单元弯曲板切缝位置划线、打止裂孔、切割而成，止裂孔直径为切缝宽度的3倍以上；制作a型纵向柔性板时，切缝位置在宽边的h/2，制作b型纵向柔性板时，切缝位置在宽边的h/4和3h/4。
20.进一步，所述的初始弯曲形状冲压成型包括：
21.a型纵向柔性板相同层面的上端弯曲板与下端弯曲板弯曲方向相反，奇数列上层弯曲板弯曲方向先右后左进行交替，下层弯曲板弯曲方向先左后右进行交替；偶数列上层弯曲板弯曲方向先左后右进行交替，下层弯曲板先右后左进行交替；
22.b型纵向柔性板相同层面的上端弯曲板与下端弯曲板弯曲方向相同，奇数列上层和下层弯曲板向右弯曲，中层弯曲板向左弯曲，偶数列上层和下层弯曲板向左弯曲，中层弯曲板向右弯曲；
23.冲压成型还需满足相邻柔性板连接板的初始距离c和相邻柔性单元的弯曲板端部相切的要求；之后将相邻纵向柔性板同一层面需相连的弯曲板之间进行焊接；在对支撑座施加横向拉力时，自动形成枣核形双层可变形蜂窝结构。
24.本发明与现有技术相比的有益效果在于：
25.1、本发明采用枣核形双层可变形蜂窝结构，可实现柔性蒙皮横向较大均匀变形，且可有足够的面外承载能力；
26.2、本发明根据蒙皮大小、变形能力、面外承载能力的不同，该结构可通过调整连接板长度a、弯曲板长度b、柔性单元宽度h、柔性单元厚度t、相邻连接板初始距离c等参数进行设计；
27.3、本发明解决柔性蒙皮既要求面内大变形，又要求面外足够承载能力的矛盾，而且可设计性强，工艺容易实现。本发明不同于其他蒙皮结构的整体加工，该结构由若干切割好的纵向柔性板横向焊接而成，大大降低了制作难度，具有较高的工程实用性。
附图说明
28.图1为a型柔性单元结构示意图；
29.图2为b型柔性单元结构示意图；
30.图3为本发明实施例中a型枣核形双层可变形蜂窝结构示意图；
31.图4为本发明实施例中b型枣核形双层可变形蜂窝结构示意图；
32.图5为本发明实施例中a型枣核形单胞结构示意图；
33.图6为本发明实施例中b型枣核形单胞结构示意图；
34.图7为本发明实施例中a型纵向柔性板分层焊接示意图；
35.图8为本发明实施例中b型纵向柔性板分层焊接示意图；
36.其中1-上端上层弯曲板，2-上端下层弯曲板，3-下端上层弯曲板，4-下端下层弯曲板，5-连接板，6-切缝，7-止裂孔，8-上端中层弯曲板，9-下端中层弯曲板。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.本发明的枣核形双层可变形蜂窝结构，由枣核形单胞复制扩展而成，每个枣核形单胞包含4个柔性单元。柔性单元上有处于不同层面的弯曲板；不同层面的弯曲板向不同方向弯曲，将相邻柔性单元上相同层面的弯曲板端部焊接在一起，形成枣核形单胞。某一层面的弯曲板向一个(右)方向弯曲，与(右边)另一个柔性单元上同一层面的弯曲板构成枣核形
单胞，该柔性单元上另一层面的弯曲板向另一个(左)方向弯曲，与(左边)另一个柔性单元上同一层面的弯曲板构成枣核形单胞。柔性单元上有连接板，将不同层面的弯曲板根部自然连接在一起，实现了不同层面可变形蜂窝结构的自然连接。柔性单元上的弯曲板分为上端弯曲板和下端弯曲板，据相同层面的上端弯曲板和下端弯曲板的弯曲方向不同，可分为a型柔性单元和b型柔性单元，可以组成不同形状的单胞结构，四个a型柔性单元形成a型枣核形单胞、四个b型柔性单元形成b型枣核形单胞。单胞结构可以方便地复制和组合，形成双层或三层可变形蜂窝结构。枣核形双层可变形蜂窝结构作为柔性蒙皮的骨架，其上覆盖有弹性胶膜等，形成柔性蒙皮。
39.柔性单元上含有弯曲板、连接板5、切缝6和止裂孔7。柔性单元长为a+2b，宽为h，其中a是连接板的长度，b是上下两端弯曲板的长度。柔性单元有初始弯曲形状，弯曲板端部与连接板的横向距离是c/2，如图1、图2所示。a型柔性单元在宽度方向的h/2处形成长度b、宽度为d的切缝，将弯曲板切开，构成两个层面的弯曲板，图1中弯曲板1为上端上层弯曲板，弯曲板3为下端上层弯曲板，弯曲板2为上端下层弯曲板，弯曲板4为下端下层弯曲板。端部受面内载荷时，上端上层弯曲板向右弯曲、下端上层弯曲板向左弯曲，上端下层弯曲板向左弯曲、下端下层弯曲板向右弯曲。图中实线表示上层弯曲板，虚线表示下层弯曲板。b型柔性单元在宽度方向的1/4h处和3/4h处形成两条长度b、宽度为d的切缝，将弯曲板切开，构成三个层面的弯曲板，图2中弯曲板1为上端上层弯曲板，弯曲板4为下端上层弯曲板，弯曲板2为上端中层弯曲板，弯曲板5为下端中层弯曲板，弯曲板3为上端下层弯曲板，弯曲板6为下端下层弯曲板。端部受面内载荷时，上端上层弯曲板和下端上层弯曲板向右弯曲，上端中层弯曲板和下端中层弯曲板向左弯曲，上端下层弯曲板和下端下层弯曲板向右弯曲。图中实线表示上层弯曲板，虚线表示中层弯曲板，下层弯曲板左视图与上层弯曲板重合。弯曲板与连接板交界处(即弯曲板的底部)设置止裂孔，止裂孔的直径d为切缝宽度d的3倍以上。
40.双层可变形蜂窝结构示意图如图3、图4所示，从双层可变形蜂窝结构上取出局部结构进行分析，这一部分双层可变形蜂窝的长为4(a+2b)，宽为4c，包括4排4列柔性单元。每间隔一列柔性单元弯曲板的弯曲方式相同，每间隔一排柔性单元弯曲板的弯曲方式也相同，因此只需给出2排2列柔性单元弯曲板的弯曲方式。按照柔性单元相同层面上上端弯曲板和下端弯曲板的弯曲方向不同，可以形成a型枣核形单胞结构和b型枣核形单胞结构，结构如图5、图6所示。
41.a型枣核形单胞受面内载荷时，柔性单元的同一层面的上端弯曲板与下端弯曲板弯曲方向相反。横向排列的柔性单元弯曲方式左右对称，左上柔性单元的上端上层弯曲板1向右弯曲、下端上层弯曲板3向左弯曲，上端下层弯曲板2向左弯曲、下端下层弯曲板4向右弯曲；右上柔性单元的上端上层弯曲板1向左弯曲、下端上层弯曲板3向右弯曲，上端下层弯曲板2向右弯曲、下端下层弯曲板4向左弯曲。纵向排列的柔性单元弯曲方式上下对称，左下柔性单元的上端上层弯曲板1向左弯曲、下端上层弯曲板3向右弯曲，上端下层弯曲板2向右弯曲、下端下层弯曲板4向左弯曲；右下柔性单元的上端上层1弯曲板向右弯曲、下端上层弯曲板3向左弯曲，上端下层弯曲板2向左弯曲、下端下层弯曲板4向右弯曲。将相邻柔性单元上同一层面的弯曲板端部相切焊接在一起，形成双层枣核形单胞。上层弯曲板构成完整的枣核形状(用粗实线表示)，下层弯曲板与左侧(右侧)枣核形单胞(用虚线表示)下层弯曲板构成完整的枣核形状(用细实线表示)，通过连接板将上下层枣核形状连在一起。
42.b型枣核形单胞受面内载荷时，柔性单元的同一层面的上端弯曲板与下端弯曲板弯曲方向相同，横向排列的柔性单元弯曲方式左右对称，左上柔性单元的上端上层弯曲板1和下端上层弯曲板4向右弯曲，上端中层弯曲板2和下端中层弯曲板5向左弯曲，上端下层弯曲板3和下端下层弯曲板6向右弯曲；右上柔性单元的上端上层弯曲板1和下端上层弯曲板4向左弯曲，上端中层弯曲板2和下端中层弯曲板5向右弯曲，上端下层弯曲板3和下端下层弯曲板6向左弯曲。纵向排列的柔性单元弯曲方式上下对称，左下柔性单元的上端上层弯曲板1和下端上层弯曲板4向右弯曲，上端中层弯曲板2和下端中层弯曲板5向左弯曲，上端下层弯曲板3和下端下层弯曲板6向右弯曲；右下柔性单元的上端上层弯曲板1和下端上层弯曲板4向左弯曲，上端中层弯曲板2和下端中层弯曲板5向右弯曲，上端下层弯曲板3和下端下层弯曲板6向左弯曲。将相邻柔性单元上同一层面的弯曲板端部相切焊接在一起，形成三层枣核形单胞。上层弯曲板与下层弯曲板构成完整的枣核形状(用粗实线表示)，中层弯曲板与左侧(右侧)枣核形单胞(用虚线表示)中层弯曲板构成完整的枣核形状(用细实线表示)，通过连接板将上中下层枣核形状连在一起。上层蜂窝结构与中层蜂窝结构存在间隔的高度差(一排高一排低的排列方式)。
43.每两排两列柔性单元组成一个枣核形单胞，枣核形单胞在某一层面组成一个枣核形状，又与相邻枣核形单胞在另一层面组成一个枣核形状。将相邻枣核形单胞同一层面的弯曲板端部相切焊接在一起，使枣核形单胞复制扩展，最后在左右两侧加上支撑座，即可构成可变形蜂窝结构。纵向排列的柔性单元的连接板在同一条直线上，可以用一根包含了n个(a+2b)的整条板代替同一纵列的n个柔性单元。按b，a，2b，a，2b，a，
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，2b，a，b的排列方式在板纵向上划线、打孔、切割，做出初始弯曲形状，将相邻纵向柔性板同一层面需相连的弯曲板之间进行焊接，即可形成a、b型枣核形双层可变形蜂窝结构。
44.本发明的枣核形双层可变形蜂窝结构参数设计方法如下。
45.可变形蜂窝的长l，宽w，厚h，变形主要发生在宽度方向上。结构参数有：柔性单元长a+2b，宽h(柔性单元的宽度与可变形蜂窝的厚度相等，均为h)，其中连接板长度a，弯曲板长度b，柔性单元厚度t，相邻柔性单元连接板初始距离c，柔性单元弹性模量e，切缝宽度d，横向柔性单元数量m，纵向柔性单元数量n。
46.蜂窝网格的孔隙大小主要取决于柔性单元之间的距离c和柔性单元的长度a+2b。a型单胞的孔隙长度是2(a+2b)，b型单胞的孔隙长度是a+2b。由c初步确定宽度方向上柔性单元的个/条数m，w＝mc。根据蜂窝孔隙纵向尺寸a+2b确定长度方向上柔性单元的个数n，l＝n(a+2b)。
47.由可变形蜂窝结构的变形要求u确定每个柔性单元弯曲板的变形u，u＝2mu。弯曲板横向变形u与弯曲板长度b有关，考虑小变形假设，u≤0.15b，确定b和a，小变形下纵向变形可以忽略。
48.进一步由面外刚度确定m、t和h。将l、w平面上的面外法向载荷整理成线载荷作用在长度l、宽度b0、高h0的梁结构上，两端边界条件为固支(与有限元分析的边界条件相同)，计算中点位移w1。a型单胞的折算系数是1/4，b型单胞的折算系数是5/32，折算后中点位移为w2。用有限元分析的结果对w2进行修正，步骤为：1)对枣核形双层可变形蜂窝结构采用壳单元进行建模，以横向为x轴，纵向为y轴，根据右手法则确定z轴。2)输入结构参数和材料参数。3)根据实际使用情况，设置左右边界固支。4)将面外气动载荷处理成线载荷作用在相应
结点的z方向。5)选择单元类项为s8r，并划分网格。6)提交工作计算出中点位移w3，修正系数为η＝w2/w3。如果中点处的变形超出规定要求，调整m、h或t(h不超过柔性蒙皮规定厚度)。依据修正后的b，按c+u满足蜂窝横向孔隙要求确定m、t和h，b＝m t。
49.按材料力学悬臂梁端部受到横向变形u、端部转角为0的条件，求解得到弯曲板端部需要的载荷和弯曲板根部应力校核弯曲板的强度，总驱动力f＝2nf。
50.本发明制作的简单之处如下。
51.枣核形双层可变形蜂窝结构的纵向柔性单元可由m条长为n(a+2b)、宽为h、厚度为t的柔性板组成，按b，a，2b，a，2b，a，
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，2b，a，b的排列方式在各柔性单元弯曲板切缝位置划线、打止裂孔、切割而成，止裂孔直径为切缝宽度的3倍以上。制作a型纵向柔性板时，切缝位置在宽边的h/2，制作b型纵向柔性板时，切缝位置在宽边的h/4和3h/4。切割方式可选择水刀、激光或线切割等。
52.初始弯曲形状需要按图7、图8的规律冲压成型。a型纵向柔性板相同层面的上端弯曲板与下端弯曲板弯曲方向相反，奇数列上层弯曲板弯曲方向先右后左进行交替，下层弯曲板弯曲方向先左后右进行交替；偶数列上层弯曲板弯曲方向先左后右进行交替，下层弯曲板先右后左进行交替。b型纵向柔性板相同层面的上端弯曲板与下端弯曲板弯曲方向相同，奇数列上层和下层弯曲板向右弯曲，中层弯曲板向左弯曲，偶数列上层和下层弯曲板向左弯曲，中层弯曲板向右弯曲。冲压成型还需满足相邻柔性板连接板的初始距离c和相邻柔性单元的弯曲板端部相切的要求。之后将相邻纵向柔性板同一层面需相连的弯曲板之间进行焊接。这样在对支撑座施加横向拉力时，自动形成枣核形双层可变形蜂窝结构。
53.以下列举具体的数据实例，对本发明进行阐述。
54.初始参数有：假定可变形蜂窝长度l＝240mm、可变形蜂窝宽度w＝240mm、可变形蜂窝厚度h＝10mm、材料弹性模量e＝71.7gpa、横向要求总变形量u＝60mm，面外载荷下可变形蜂窝中点的法向变形w≤2mm，蜂窝网格孔隙长不超过50mm、宽不超过20mm。
55.根据蜂窝网格的孔隙要求，假定柔性单元之间的距离c＝8mm和柔性单元的长度a+2b＝24mm，从而确定纵向柔性单元数量n＝10，横向柔性单元数量m＝30。每个弯曲板变形u＝1mm。根据u≤0.15b，取弯曲板长度b＝9mm，连接板长度a＝6mm。假定柔性单元宽度h＝10mm，t＝0.2mm。将l、w平面上的面外法向载荷整理成线载荷作用在长度l＝240mm、宽度b＝6mm、高h＝10mm的梁结构上，两端边界条件为固支，计算中点位移w1＝0.34mm。a型单胞的折算系数是1/4，b型单胞的折算系数是5/32，以a型单胞为例，折算后中点位移为w2＝1.36mm。用有限元分析的结果对w2进行修正，步骤为：1)对枣核形双层可变形蜂窝结构采用壳单元进行建模，以横向为x轴，纵向为y轴，根据右手法则确定z轴。2)输入结构和材料参数。3)根据实际使用情况，设置左右边界固支。4)将面外气动载荷处理成线载荷作用在相应结点的z方向。5)选择单元类项为s8r，并划分网格。(6)提交工作计算出中点位移w3＝1.943mm，修正系数为η＝0.7，中点处的变形不超出规定要求。c+u＝9mm满足蜂窝横向孔隙要求，确定t＝0.2mm和h＝10mm。
56.按材料力学悬臂梁端部受到横向变形u、端部转角为0的条件，求解得到弯曲板端部需要的载荷f＝3.93n，弯曲板根部应力σmax＝531mpa，校核弯曲板的强度满足要求，总驱动力f＝78.6n。
57.以制作a型枣核形双层可变形蜂窝结构为例，具体制作步骤如下：
58.1)制作a型枣核形双层可变形蜂窝结构应选取30条长为240mm、宽为10mm、厚度为0.2mm的柔性板，要求柔性板无裂纹、平面度好；
59.2)以柔性板左下角为原点，从(5，0)始，向上划9mm的线，之后每隔6mm向上划18mm的线，最后的划线为9mm。在划线端点处打直径为1.0mm的止裂孔；
60.3)选用直径为0.2mm的钼丝，将钼丝从止裂孔中穿过，沿划线进行线切割，制成a型纵向柔性板；
61.4)按照相邻柔性单元连接板的初始距离c＝8mm、相邻柔性单元的弯曲板端部相切的要求，对纵向柔性板进行冲压成型；
62.5)将30条纵向柔性板沿连接板厚度方向进行排列，将相邻纵向柔性板同一层面需相连的弯曲板之间进行焊接；
63.6)将第1个纵向柔性板向左弯曲的弯曲板左侧、第30个纵向柔性板向右弯曲的弯曲板右侧分别焊上支撑座。
64.由此，完成枣核形双层可变形蜂窝结构制作完成，在对支撑座施加面内横向拉力时，本发明可以实现面内横向较大的均匀变形，且具有足够的面外刚度。
65.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，枣核型双层可变形蜂窝结构由枣核形单胞复制扩展而成，每个枣核形单胞包含4个柔性单元；柔性单元上有处于不同层面的弯曲板；在一层面的弯曲板向右方向弯曲，与右边另一个柔性单元上同一层面向左弯曲的弯曲板构成枣核形单胞，该柔性单元上另一层面的弯曲板向另一个左方向弯曲，与左边另一个柔性单元上同一层面向右弯曲的弯曲板构成枣核形单胞；单胞结构复制和组合形成双层或三层可变形蜂窝结构；所述的柔性单元上有连接板，将不同层面的弯曲板根部连接在一起，实现不同层面可变形蜂窝结构的自然连接；可变形蜂窝的长l，宽w，厚h，变形主要发生在宽度方向上；结构参数有柔性单元长a+2b，宽h，其中a是连接板的长度，b是上下两端弯曲板的长度，柔性单元的宽度h与可变形蜂窝的厚度相等，均为h；柔性单元厚度t，相邻柔性单元连接板初始距离c，柔性单元弹性模量e，切缝宽度d，横向柔性单元数量m，纵向柔性单元数量n；蜂窝网格的孔隙大小取决于柔性单元之间的距离c和柔性单元的长度a+2b；由c初步确定宽度方向上柔性单元的个/条数m，w＝mc；根据蜂窝孔隙纵向尺寸a+2b确定长度方向上柔性单元的个数n，l＝n(a+2b)；由可变形蜂窝结构的变形要求u确定每个柔性单元弯曲板的变形u，u＝2mu；弯曲板横向变形u与弯曲板长度b有关，u≤0.15b，确定b和a；由面外刚度确定m、t和h；将l、w平面上的面外法向载荷整理成线载荷作用在长度l、宽度b0(通过调节梁宽b0满足面外承载要求后，取可变形蜂窝w＝b0)、高h0的梁结构上，两端边界条件为固支，与有限元分析的边界条件相同，计算中点位移w1，根据折算系数计算折算后中点位移为w2；用有限元分析的结果对w2进行修正。2.根据权利要求1所述的一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，用有限元分析的结果对w2进行修正的具体步骤为：1)对枣核形双层可变形蜂窝结构采用壳单元进行建模，以横向为x轴，纵向为y轴，根据右手法则确定z轴；2)输入结构参数和材料参数；3)根据实际使用情况，设置左右边界固支；4)将面外气动载荷处理成线载荷作用在相应结点的z方向；5)选择单元类项为s8r，并划分网格；6)提交工作计算出中点位移w3，修正系数为η＝w2/w3；如果中点处的变形超出规定要求，调整m、h或t；h不超过柔性蒙皮规定厚度；依据修正后的b，按c+u满足蜂窝横向孔隙要求确定m、t和h，b＝m t；按材料力学悬臂梁端部受到横向变形u、端部转角为0的条件，求解得到弯曲板端部需要的载荷和弯曲板根部应力校核弯曲板的强度，总驱动力f＝2nf。3.根据权利要求1所述的一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，所述的柔性单元上的弯曲板分为上端弯曲板和下端弯曲板，中间是连接板(5)，根据相同层面的上端弯曲板和下端弯曲板的弯曲方向不同，可分为a型柔性单元和b型柔性单元，a型柔性单元和b型柔性单元可以组成不同形状的单胞结构；a型枣核形单胞的孔隙长度是2(a+2b)，b型枣核形单胞的孔隙长度是a+2b；a型枣核形单胞的折算系数是1/4，b型枣核形单胞的折
算系数是5/32。4.根据权利要求1所述的一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，所述的柔性单元上含有弯曲板、连接板、切缝和止裂孔；柔性单元有初始弯曲形状，弯曲板端部与连接板的横向距离是c/2；a型柔性单元在宽度方向的h/2处形成长度b、宽度为d的切缝，将弯曲板切开，构成两个层面的弯曲板，即上端上层弯曲板(1)，上端下层弯曲板(2)，下端上层弯曲板(3)，下端下层弯曲板(4)；端部受面内载荷时，上端上层弯曲板向右弯曲、下端上层弯曲板向左弯曲，上端下层弯曲板向左弯曲、下端下层弯曲板向右弯曲；b型柔性单元在宽度方向的1/4h处和3/4h处形成两条长度b、宽度为d的切缝，将弯曲板切开，构成三个层面的弯曲板；即上端上层弯曲板(1)，上端下层弯曲板(2)，下端上层弯曲板(3)，下端下层弯曲板(4)，上端中层弯曲板(8)，下端中层弯曲板(9)，端部受面内载荷时，上端上层弯曲板和下端上层弯曲板向右弯曲，上端中层弯曲板和下端中层弯曲板向左弯曲，上端下层弯曲板和下端下层弯曲板向右弯曲；弯曲板与连接板交界处，即弯曲板的底部设置止裂孔(7)，止裂孔的直径d为切缝(6)宽度d的3倍以上。5.根据权利要求1所述的一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，所述的枣核形双层可变形蜂窝结构的纵向柔性单元由m条长为n(a+2b)、宽为h、厚度为t的柔性板组成，按b，a，2b，a，2b，a，
…
，2b，a，b的排列方式在各柔性单元弯曲板切缝位置划线、打止裂孔、切割而成，止裂孔直径为切缝宽度的3倍以上；制作a型纵向柔性板时，切缝位置在宽边的h/2，制作b型纵向柔性板时，切缝位置在宽边的h/4和3h/4。6.根据权利要求5所述的一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，其特征在于，所述的初始弯曲形状冲压成型包括：a型纵向柔性板相同层面的上端弯曲板与下端弯曲板弯曲方向相反，奇数列上层弯曲板弯曲方向先右后左进行交替，下层弯曲板弯曲方向先左后右进行交替；偶数列上层弯曲板弯曲方向先左后右进行交替，下层弯曲板先右后左进行交替；b型纵向柔性板相同层面的上端弯曲板与下端弯曲板弯曲方向相同，奇数列上层和下层弯曲板向右弯曲，中层弯曲板向左弯曲，偶数列上层和下层弯曲板向左弯曲，中层弯曲板向右弯曲；冲压成型还需满足相邻柔性板连接板的初始距离c和相邻柔性单元的弯曲板端部相切的要求；之后将相邻纵向柔性板同一层面需相连的弯曲板之间进行焊接，焊缝宽度2mm；在对支撑座施加横向拉力时，自动形成枣核形双层可变形蜂窝结构。

技术总结

本发明公开了一种枣核型双层可变形蜂窝结构的制备方法，涉及变体飞机柔性结构设计领域，由枣核形单胞构成的双层可变形蜂窝结构，根据蒙皮大小、变形能力、面外承载能力的不同，该结构可通过调整连接板长度、弯曲板长度、柔性单元宽度、柔性单元厚度、相邻连接板初始距离等参数进行设计；本发明解决柔性蒙皮既要求面内大变形，又要求面外足够承载能力的矛盾，而且可设计性强，工艺容易实现。本发明不同于其他蒙皮结构的整体加工，该结构由若干切割好的纵向柔性板横向焊接而成，大大降低了制作难度，具有较高的工程实用性。具有较高的工程实用性。具有较高的工程实用性。