(揚(yáng)州杰特沈飛車輛裝飾件有限公司,江蘇 揚(yáng)州 225815)
隨著交通運(yùn)輸技術(shù)的不斷發(fā)展,車輛工藝水平與車輛設(shè)計(jì)備受國(guó)際和國(guó)內(nèi)的重視。依據(jù)車輛設(shè)計(jì)目標(biāo)要求,減輕零部件重量,改進(jìn)車輛相關(guān)性能是需要引起重視的問(wèn)題。輕量化、低能耗、安全、環(huán)保、生產(chǎn)制造和成本優(yōu)越備受關(guān)注。經(jīng)過(guò)有關(guān)資料顯示,車輛減輕一定質(zhì)量,同等情況下,車輛能耗會(huì)有所降低。同等條件下,車輛減輕質(zhì)量與之前未減輕時(shí)相比,在能耗相同的情況下,可以多行駛路程[1]。在車輛設(shè)計(jì)過(guò)程中,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也尤為重要,與材料用量與分布密切關(guān)聯(lián)。在車輛中有各種各樣的板料制成的零部件,由此可見(jiàn),板料零部件在車輛設(shè)計(jì)制造與使用過(guò)程中十分重要。人們乘坐車輛穿梭在城鄉(xiāng)里,直接與車輛內(nèi)裝板料接觸。該文研究車輛內(nèi)裝產(chǎn)品蜂窩鋁及其合金板項(xiàng)目,介紹其用途,簡(jiǎn)述車輛內(nèi)裝產(chǎn)品蜂窩鋁及其合金原理,構(gòu)建其三維模型與數(shù)值模型,運(yùn)用有限元技術(shù)分析蜂窩鋁及其合金板應(yīng)力分布,為進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)作理論參考。
多孔材料指的是具有一定數(shù)量空隙的固體材料,這類材料結(jié)構(gòu)多數(shù)為洞孔或包圍起來(lái)的洞孔[2]連接起來(lái)的立柱或數(shù)層平板組成孔隙邊界或表面。近年來(lái),隨著科技的不斷發(fā)展,人們逐漸發(fā)現(xiàn)多孔材質(zhì)的優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越多的多孔結(jié)構(gòu)或材質(zhì)制成的制品來(lái)投入生產(chǎn)與建設(shè)之中。一些企業(yè)開(kāi)始人工制造各種各樣的多孔隙材料。1)重量輕。多孔隙材料能夠在確保剛度的同時(shí)改變材料密度,從而減輕重量。2)韌性好。有些多孔隙材料表現(xiàn)出良好的韌性,可被制成交通工具的外殼來(lái)保護(hù)乘客。3)隔音效果好。相比于其他材料,多孔隙材料有多個(gè)折射或反射面,聲波傳播到其中會(huì)被多次折射或反射,阻波性能顯著,利用該類結(jié)構(gòu)制成的隔音板,可以隔離聲音的傳播。4)滲透性能佳。調(diào)節(jié)孔隙的基本參數(shù)尺寸、孔型與方位以及一定規(guī)則排布制造出多孔隙材質(zhì)零部件,利用這種材料零部件可以制造或組裝成“篩”以及過(guò)濾裝置。5)吸附性能強(qiáng)。由于液體與氣體分子運(yùn)動(dòng)受到其直徑差異作用,多孔材質(zhì)在與迥異孔徑發(fā)生接觸時(shí),液體或氣體的吸附能力表現(xiàn)迥異,鑒于該特點(diǎn),一些企業(yè)利用多孔結(jié)構(gòu)材質(zhì)制造出凈化水或者空氣多次重復(fù)使用的分離膜[2]。
這里簡(jiǎn)述車輛內(nèi)裝蜂窩鋁或鋁合金產(chǎn)品的原理[3]。蜂窩鋁或鋁合金材料是多邊形結(jié)構(gòu)材料,各鋁蜂窩具有清晰的壁孔和規(guī)則的棱角,平整的表面能夠較好地和面材料黏結(jié)成復(fù)合材料[2]。近年來(lái),蜂窩材料被廣泛地使用在工業(yè)多領(lǐng)域之中,密集的“蜂窩”具有很多類似的工字型結(jié)構(gòu),該類結(jié)構(gòu)能夠分散來(lái)自面板方向的壓力,并且面板受到的力分布均勻,當(dāng)面板的面積比較大時(shí),其受力依然可以保證的比較好的平整度。蜂窩板受熱時(shí)蜂窩可以起到吸能擠壓的作用,減緩受熱膨脹而導(dǎo)致的危害。鋁蜂窩的性能優(yōu)越,其制造加工綠色環(huán)保,便于再利用回收;其相對(duì)密度比較低;因其版型比較大、平整度比較好、安裝比較便捷、裝飾性較強(qiáng)。越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界和工程界的重視。在交通工具、建筑材料、裝飾裝修、軍工國(guó)防領(lǐng)域有著重要的地位。
由于蜂窩鋁及其合金結(jié)構(gòu)脫胎的復(fù)合板具有質(zhì)量較輕、受力均勻的優(yōu)良性能,同時(shí)具備比較好的緩沖吸能性能,能夠回收再利用,該類結(jié)構(gòu)材料也被運(yùn)用在普通民生行業(yè),例如室內(nèi)隔斷與商品展示臺(tái)。近年來(lái),有色金屬鋁制成的鋁蜂窩板因其安全的綠色環(huán)保,作為加工材料受到廠家與客戶歡迎,加工前后擺放省去很多環(huán)保程序。有別于傳統(tǒng)隔斷,蜂窩鋁及其合金板具有高貴氣派的風(fēng)格受到中高檔用戶的歡迎。鋁板不可燃燒能夠防火,純鋁產(chǎn)品環(huán)保無(wú)污染,質(zhì)量輕,便于運(yùn)輸,其制成的展示臺(tái)組裝拆卸也很方便。
蜂窩結(jié)構(gòu)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用也比較廣泛,著名的汽車企業(yè)科尼塞克利用鋁蜂窩結(jié)構(gòu)材料制造汽車底盤,其車身也運(yùn)用鋁蜂窩夾層增強(qiáng)材質(zhì)。有些車船體制造也會(huì)運(yùn)用蜂窩板,可以減輕車船體自重,改善車船體成本[4-5]。因鋁蜂窩材料防水汽流體能力顯著,一些城市軌道交通車輛洗漱間也使用了鋁蜂窩板材。洗漱間的閥門開(kāi)啟或關(guān)閉的濺水潑灑在地面時(shí),鋁蜂窩地板相比于木質(zhì)地板更防潮防水。
車輛內(nèi)裝蜂窩鋁及其合金結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來(lái)源于“仿生學(xué)”,其憑借密度較小、重量較輕的優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用,該類用薄面板夾層蜂窩鋁及其合金芯的產(chǎn)品最早被運(yùn)用在航空航天領(lǐng)域,這類超輕型的復(fù)合材質(zhì)符合一些航空航天科技產(chǎn)品的要求,20 世紀(jì)前期鋁蜂窩芯夾層結(jié)構(gòu)被運(yùn)用在飛機(jī)機(jī)翼位置。隨著航天航空產(chǎn)品與技術(shù)的不斷發(fā)展,蜂窩材料種類不斷增多,20 世紀(jì)后期美國(guó)某家企業(yè)利用非金屬蜂窩復(fù)合板材料制造成飛機(jī)地板,運(yùn)用在飛機(jī)之中。就多孔材料來(lái)說(shuō),多孔隙結(jié)構(gòu)孔隙尺寸作用的參數(shù)直接關(guān)聯(lián)到其材料的力學(xué)性能,由多邊形式的孔排列在相同平面上組成二維結(jié)構(gòu),這類結(jié)構(gòu)構(gòu)成的材質(zhì)因其外形類似蜂窩,被稱為“蜂窩”材質(zhì)。還有一類,由多面體孔洞聚集在空間里排列構(gòu)成三維結(jié)構(gòu),它們的形狀和泡沫類似,因而被稱為“泡沫”材質(zhì)。近年來(lái),很多領(lǐng)域充分運(yùn)用“蜂窩”材料和泡沫材料的優(yōu)點(diǎn)[2]。
基于此,該文研究并進(jìn)行了蜂窩鋁及其合金板材建模[1,5]。具體方式如下。
打開(kāi)三維建模設(shè)計(jì)軟件,啟動(dòng)零件設(shè)計(jì)模塊。在計(jì)算機(jī)零件設(shè)計(jì)模塊里構(gòu)建蜂窩夾芯層三維模型,點(diǎn)擊選擇草圖繪制命令,進(jìn)入草圖界面進(jìn)行草圖繪制。點(diǎn)擊“多邊形”功能,輸入六邊形參數(shù),將該圖形中心點(diǎn)設(shè)置在原點(diǎn)位置。利用多邊形方式創(chuàng)建“蜂窩”時(shí),約束外多邊形棱邊長(zhǎng)為5 mm,內(nèi)六邊形大小通過(guò)與外六邊形形成的壁厚0.5 mm 來(lái)約束生成,內(nèi)外六邊形都在草圖繪制里面繪制完成時(shí),單個(gè)“蜂窩”通過(guò)“拉伸”命令生成了,拉伸厚度錄入15.5 mm?!胺涓C“板料上不止一個(gè)“蜂窩”,有若干個(gè)“蜂窩”。
在草圖中繪制可復(fù)制幾何單元,生成實(shí)體,然后通過(guò)“陣列”生成“蜂窩”夾芯層。這里研究的“蜂窩“幾何參數(shù):橫壁長(zhǎng)度5 mm,斜壁長(zhǎng)度5 mm,單個(gè)“蜂窩”壁厚度0.5 mm 和1 mm,“蜂窩”夾角30 度。構(gòu)建“蜂窩”夾芯層完成之后,構(gòu)建下面板,下面板長(zhǎng)度與寬度方向材料應(yīng)支撐住“蜂窩”夾芯層,厚度1 mm;構(gòu)建上面板長(zhǎng)度與寬度方向材料應(yīng)覆蓋住“蜂窩”夾芯層,厚度1 mm。材料為鋁材質(zhì)。將三位模型導(dǎo)入有限元分析工具中,構(gòu)建數(shù)值模型。在前處理環(huán)節(jié),約束板料下面板表面垂直方向的運(yùn)動(dòng)。于上面板表面設(shè)置載荷[6],依據(jù)需求,選擇生成比較好的網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行有限元分析,蜂窩鋁合金板料有限元分析云圖,如圖1 所示。
圖1 車輛內(nèi)裝產(chǎn)品蜂窩鋁合金板料有限元分析云圖
由于常規(guī)石油天然氣礦石能源等開(kāi)采使用日益減少。車輛能耗的有效利用也引起了大家重視,而節(jié)約材料與合理利用材料也備受關(guān)注。車輛設(shè)計(jì)過(guò)程中,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也尤為重要,其與材料用量與分布密切相關(guān)。蜂窩鋁板料零部件在車輛設(shè)計(jì)制造與使用過(guò)程中十分重要,是高科技環(huán)保產(chǎn)品。該文研究了車輛內(nèi)裝產(chǎn)品蜂窩鋁及其合金板項(xiàng)目,介紹其用途,簡(jiǎn)述車輛內(nèi)裝產(chǎn)品蜂窩鋁及其合金原理,構(gòu)建其三維模型與數(shù)值模型,運(yùn)用有限元技術(shù)分析車輛內(nèi)裝蜂窩鋁及其合金板產(chǎn)品的應(yīng)力分布,為進(jìn)一步研究多孔材料提供理論支撐。