Конструкции с применением сотовых структур
DOI:
https://doi.org/10.24866/2227-6858/2025-2/94-104Ключевые слова:
сотовые структуры, соты, сотовые конструкции, строительные конструкции, композитные панели, прочность, устойчивостьАннотация
Инновационные сотовые конструкции привлекли значительное внимание исследователей в последние годы благодаря своим уникальным механическим характеристикам и особым свойствам. В статье приведены ключевые зарубежные публикации, содержащие яркие примеры исследований в области сотовых структур, представлен достаточно широкий обзор достижений в разработке инновационных сотовых конструкций за последние двадцать лет, охватывая темы заполнения, интегрирования, конструкций с отрицательным коэффициентом Пуассона и др. Рассмотрены основные механические свойства этих конструкций, выявлены их сильные и слабые стороны, обусловленные особенностями их геометрии, механическими параметрами и динамическими откликами. Анализ литературных источников позволил выделить актуальные проблемы и обозначить возможные направления будущих исследований. Выводы обзора предлагают ценные рекомендации для дальнейшего изучения и проектирования лёгких, прочных пролётных конструкций с использованием сотовых структур. Чтобы углубить понимание особенностей поведения сотовых конструкций, необходимы дополнительные исследования аналогичных элементов и полноценных образцов конструкций.
Библиографические ссылки
1. Руденко М.С., Михеев А.Е., Гирн А.В. Технология изготовления сотовых заполнителей из полимерных композиционных материалов // Сибирский аэрокосмический журнал. 2021. Т. 22, № 2. С. 391–397. DOI: https://doi.org/10.31772/2712-8970-2021-22-2-391-397
2. Иванов А.А., Гофин М.Я. Механика сотовых заполнителей. Т. 1. Московский лесотехнический институт, 1989. 315 с.
3. Берсудский В.Е., Крысин В.Н., Лесных С.И. Технология изготовления сотовых авиационных конструкций. М.: Машиностроение, 1975. 296 с.
4. Благов В.А., Калмачков А.Н., Кобелев В.Н., Прохоров Б.Ф. Лёгкие судовые конструкции из пластмасс. Л.: Судостроение, 1969. 264 с.
5. Першин. А.М. Расчётное исследование статической устойчивости сотовых заполнителей из композиционных материалов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2014. № 5(47). Часть 1. С. 118–123.
6. Yang X., Sun Y., Yang J., Pan Q. Out-of-plane crashworthiness analysis of bio-inspired aluminum honeycomb patterned with horseshoe mesostructured // Thin-Walled Struct. 2018.
7. Hong S., Pan J., Tyan T., Prasad P. Quasi-static crush behavior of aluminum honeycomb specimens under compression dominant combined loads // Int. J Plast. 2006. Р. 73–109.
8. Dharmasena K.P., Wadley H.N.G., Xue Z., Hutchinso J.W. Mechanical response of metallic honeycomb sandwich panel structures to high-intensity dynamic loading // Int. J Impact Eng. 2008. № 35. Р. 1066–1075.
9. Shahdin A., Mezeix L., Bouvet C., Morlier J., Gourinat Y. Fabrication and mechanical testing of glass fiber entangled sandwich beams: a comparison with honeycomb and foam sandwich beams // Composite Structures. 2009. P. 404–412.
10. Garam K., Ronald S., Waterloo T. Investigating the effects of fluid intrusion on Nomex ho-neycomb sandwich structures with carbon fiber facesheets // Composite Structures. 2018. № 206. P. 535–549.
11. Chen Z., Yan N. Investigation of elastic moduli of Kraft paper honeycomb core sandwich panels // Compos B Eng. 2012. № 43. P. 2107–2114.
12. Wang Q., Li Z., Zhang Y., Cui S., Yang Z., Lu Z. Ultra-low density architectured metamaterial with superior mechanical properties and energy absorption capability // Compos. B Eng. 2020. P. 202–215.
13. Okumura D., Ohno N., Noguchi H. Post-buckling analysis of elastic honeycombs subject to in-plane biaxial compression // Int J Solids Struct. 2002. № 39. P. 3487–3503.
14. Jang W.Y., Kyriakides S. On the buckling and crushing of expanded honeycomb // Int J Mech Sci. 2015. № 91. P. 81–90.
15. Abbadi A., Azari Z., Belouettar S., Gilgert G., Freres P. Modelling the fatigue behavior of composites honeycomb materials (aluminium/aramide fibre core) using four-point bending tests // Int J Fatigue. 2010. № 32. P. 1739–1747.
16. Yeh C.L., Chen Y.F., Wen C.Y., Li K.T. Measurement of thermal contact resistance of aluminum honeycombs // Exp Therm Fluid Sci. 2003. № 27. P. 27–281.
17. Ng C.F., Hui C.K. Low frequency sound insulation using stiffness control with honeycomb panels // Appl Acoust. 2008. № 69. P. 293–301.
18. Ruan D., Lu G., Wang B., Yu T. In-plane dynamic crushing of honeycombs – a finite element study // Int J Impact Eng. 2003. № 28. P. 161–182.
19. Cricrì G., Perrella M., Calì C. Honeycomb failure processes under in-plane loading // Compos Part B. 2013. № 45. P. 1079–1090.
20. Hua L., You F., Yu T. Effect of cell-wall angle on the in-plane crushing behaviour of hexagonal honeycombs // Mater Des. 2013. № 46. P. 511–523.
21. Khan M.K., Baig T., Mirza S. Experimental investigation of in-plane and out-of-plane crushing of aluminum honeycomb // Mat Sci Eng A-Struct. 2012. № 539. P. 135–142.
22. Besant T., Davies G.A.O., Hitchings D. Finite element modeling of low velocity impact of composite sandwich panels // Compos Part A-Appl S. 2001. № 32. P. 1189–1196.
23. Buitrago B.L., Santiuste C., Sánchez-Sáez S., Barbero E., Navarro C. Modelling of composite sandwich structures with honeycomb core subjected to high-velocity impact // Composite Structures. 2010. № 92. P. 2090–2096.
24. He L., Yuan-Sheng Ch., Liu J. Precise bending stress analysis of corrugatedcore, honeycomb-core and X-core sandwich panels // Composite Structures. 2012. № 94. P. 1656–1668.
25. Santosa S., Wierzbicki T. Effect of an ultralight metal filler on the bending collapse behavior of thin-walled prismatic columns // Int J Mech Sci. 1999. № 41. P. 995–1019.
26. Zhou Q., Mayer R.R. Characterization of aluminum honeycomb material failure in large deformation compression, shear, and tearing // J Eng Mater-T Asme. 2002. № 124. P. 412–420.
27. Pan S.D., Wu L.Z., Sun Y.G., Zhou Z., Qu J. Longitudinal shear strength and failure process of honeycomb cores // Composite Structures. 2006. № 72. P. 42–46.
28. Montazeri А., Saeedi А., Bahmanpour E. Enhancing the compressive properties of re-entrant honeycombs by line defects with insight from nature // Materials Today Communications. 2024. № 38. P. 700–713.
29. Lu G.X., Yu T.X. Energy absorption of structures and materials // Cambridge: Woodhead Publishing. 2001. Vol. 1. 402 p.
30. Yamashita M., Gotoh M. Impact behavior of honeycomb structures with various cell specifications–numerical simulation and experiment // Int J Impact Eng. 2005. № 32. P. 618–630.
31. Meran A.P., Toprak T., Muğan A. Numerical and experimental study of crashworthiness parameters of honeycomb structures // Thin-Walled Struct. 2014. № 78. P. 87–94.
32. Habib F.N., Iovenitti P., Masood S.H., Nikzad M. Cell geometry effect on in-plane energy absorption of periodic honeycomb structures // Int J Adv Manuf Technol. 2018. № 94. P. 2369–2380.
33. Wierzbicki T. Crushing analysis of metal honeycombs // Int J Impact Eng. 1983. № 1. P. 157–174.
34. Xu F., Qiao P. Homogenized elastic properties of honeycomb sandwich with skin effect // Int J Solids Struct. 2002. № 39. P. 2153–2188.
35. Catapano A., Montemurro M. A multi-scale approach for the optimum design of sandwich plates with honeycomb core. Part I: Нomogenisation of core properties // Composite Structures. 2014. № 118. P. 677–690.
36. Li Y.M., Hoang M.P., Abbes B., Abbes F., Guo Y.Q. Analytical homogenization for stretch and bending of honeycomb sandwich plates with skin and height effects // Composite Structures. 2015. Vol. 120. P. 406–416.
37. Shi G., Tong P. Equivalent transverse shear stiffness of honeycomb cores // Int J Solids Struct. 1995. № 32. P. 1383–1393.
38. Niknejad A., Abedi M.M., Liaghat G.H., Nejad M.Z. Prediction of the mean folding force during the axial compression in foam-filled grooved tubes by theoretical analysis // Mater Des. 2012. № 37. P. 144–151.
39. Güden M., Kavi H. Quasi-static axial compression behavior of constraint hexagonal and square-packed empty and aluminum foam-filled aluminum multi-tubes // Thin-Walled Struct. 2006. № 44. P. 739–750.
40. Lin J.S., Wang X., Lu G. Crushing characteristics of fiber reinforced conical tubes with foam-filler // Composite Structures. 2014. № 116. P. 18–28.
41. Zhu G., Li S., Sun G., Li G., Li Q. On design of graded honeycomb filler and tubal wall thickness for multiple load cases // Thin-Walled Struct. 2016. № 109. P. 377–389.
42. Wang Chengjian, Wang Cheng, Li Z., He Y., Zhang Z., Zhang Y. Mechanical properties of novel 3D printing 316L stainless steel honeycomb structure reinforced aluminum matrix composites // Intermetallics. 2025. № 181. P. 743–753.
43. Prawoto Y. Seeing auxetic materials from the mechanics point of view: a structural review on the negative Poisson's ratio // Comput Mater Sci. 2012. № 58. P. 140–153.
44. Zied K., Osman M., Elmahdy T. Enhancement of the in-plane stiffness of the hexagonal re-entrant auxetic honeycomb cores // Phys Status Solidi B. 2015. № 252. P. 2685–2692.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Вестник Инженерной школы ДВФУ
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
