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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 中国材料研究学会
哈尔滨工业大学
主编 苑世剑 国际刊号ISSN 1005-0299 国内刊号CN 23-1345/TB

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引用本文:张福生,许家忠,张思博,李红强.复合材料基镂空网壳结构的建模与仿真[J].材料科学与工艺,2017,25(5):55-61.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20160351.
ZHANG Fusheng,XU Jiazhong,ZHANG Sibo,LI Hongqiang.Mathematical modeling and simulation of hollowed mesh-shell-structure based on the composites[J].Materials Science and Technology,2017,25(5):55-61.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20160351.
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复合材料基镂空网壳结构的建模与仿真
张福生1,2,许家忠1,张思博1,李红强3
(1.哈尔滨理工大学 机械动力工程学院,哈尔滨 150080; 2.哈尔滨学院 信息工程学院,哈尔滨 150080; 3.江苏恒神股份有限公司 工程技术中心,江苏 丹阳 212314)
摘要:
为进一步挖掘复合材料构件的轻量化和成型形态等结构特性,提出了突破传统满铺结构的曲面镂空等厚度网壳构件的数学模型,并对其成型表面的形态和效果进行了实验验证.运用三维空间曲面映射法建立笛卡尔参数坐标系,在单位球面上建立并推导了网壳构件曲面测地线弧及测地线交角的高斯第Ⅰ基本型模型,利用MATLAB对该模型的正交编织算例进行了仿真和构型验证.结果表明:除仿真构件边缘平齐一致性不足外,该仿真构型与预期结果构型轮廓相符.为进一步验证该模型用于实际生产制造的可行性,采用预浸纤维复合材料带为基材,经编织、固化生产出该模型的5×5网壳结构成品试件.该研究为复合材料壳体超轻化且低成本结构成型提供了新思路,可为网壳类结构制件的支撑筋/骨架设计提供建模新方法.
关键词:  复合材料  测地线  网壳结构  数学建模  MATLAB仿真
DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20160351
分类号:TB332
文献标识码:A
基金项目:黑龙江省自然科学基金资助项目(E201301);哈尔滨市优秀学科带头人项目(2016RAXXJ013); 哈尔滨市杰出青年人才专项基金项目(RC2016JQ009005).
Mathematical modeling and simulation of hollowed mesh-shell-structure based on the composites
ZHANG Fusheng1,2,XU Jiazhong1, ZHANG Sibo2,LI Hongqiang3
(1.School of Mechanical Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150080, China; 2.School of Software, Harbin University, Harbin 150080, China;3.Engineering Technology Center, Jiangsu Hengshen Co., Ltd, Danyang 212314, China)
Abstract:
In order to find out the light weight, the molding form and other structural properties of composite, surface hollow shell structures is proposed based on the geodesic principle, which has broken the traditional spread structure. The three-dimensional space surface mapping and Cartesian parameter equation are used. It is established and deduced the surface geodesic net shell components arc and geodesic of Gauss′s the First Fundamental Form on the unit sphere. MATLAB is used to simulate the experimental model and validate the simulation configuration. It is showed that the simulation configuration profile is consistent with the expected results. The prep reg fiber composite material band is used to produce the 5×5 net shell structures product of the model. To further verify the feasibility and effectiveness of the model. The study provides new ideas to realize the ultra-light composite shell, high load factor and low-cost molding. The analysis model and method are provided for the design, simulation and manufacturing of the net shell structure, which is beneficial to explore, develop and enrich the integrated design of the material-structure-function and manufacturing methods and theories.
Key words:  composite material  geodesic line  meshed shell structure  mathematical  modeling and simulation

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