Out of plane elastic compressive properties of metallic honeycomb structures

Diese Forschungsarbeit bewertet den Einfluss von drei geometrischen Faktoren auf das Off-Plans-Kompressionsmodul von metallischen Bienenneststrukturen, insbesondere im Aluminium: die zelluläre Topologie, die Höhe der Alveolarstruktur und die Geometrie der Probe. Ziel ist es, zu überprüfen, ob die typischen Modulwerte, die von Herstellern bereitgestellt werden, die häufig konstant sein sollen, unter verschiedenen Konfigurationen gültig bleiben.

In der Vergangenheit bieten theoretische Modelle (insbesondere von Gibson & Ashby) eine Formel, die dieses Modul mit der relativen Dichte und dem jungen Modul des Materials verbindet. Es werden jedoch signifikante Unterschiede zwischen theoretischen und experimentellen Modulen beobachtet, insbesondere bei Bienennestern mit niedriger Dichte. Dies wird durch Mikrodefekte wie Mikroperforationen und Mikroflächen der Wände sowie durch die Überschätzung junger Module für sehr feine Materialien erklärt.

Um diese Phänomene zu untersuchen, wurden Kompressionstests nach ASTM C365 -Standard durchgeführt, sowie Finite -Elemente -Modelle (FEM). Die Tests zeigen, dass die zelluläre Topologie die mechanische Leistung stark beeinflusst: Eine modifizierte Geometrie mit Wellwänden erhöht das Komprimierungsmodul (bis zu 118% für nur 7,9% Volumenmassenerhöhung) im Vergleich zu einer herkömmlichen hexagonalen Struktur signifikant.

Darüber hinaus hat die Höhe der Waben (fehlender Parameter theoretischer Formeln) ebenfalls einen bemerkenswerten Einfluss. Tests auf Höhen von 5 mm, 10 mm, 15,9 mm und 44 mm zeigen, dass das Kompressionsmodul mit zunehmender Höhe wächst und auch die elastische Verformungsfläche verringert. Bei niedrigen Höhen scheint der in stabilisierte Kompressionstests verwendete Klebstoff die Ergebnisse zu beeinflussen. 

Digitale Simulationen reproduzieren diese experimentellen Trends gut und heben zwei elastische Regime hervor: ein erstes theoretisches Regime, gefolgt von einer zweiten Diät, die von Mikroflächen dominiert wird. Dieser digitale Ansatz bestätigt, dass die mechanische Leistung nicht nur vom Material und der Dichte abhängt, sondern auch von der Geometrie der Zellen und der Höhe des Seelenmaterials.

Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass das Off-Plan-Komprimierungsmodul von metallischen Wabennestern keine universelle Konstante ist. Es hängt stark von den geometrischen Eigenschaften des zellulären Netzwerks ab, die die häufig verwendeten vereinfachten Verallgemeinerungen in Frage stellen. Die Integration dieser Faktoren ist für Anwendungen, die eine hohe mechanische Präzision erfordern, insbesondere in der Luftfahrt und im Raum erforderlich.