Lattice cores for high performance sandwich composite structures

用于高性能夹层复合材料结构的晶格芯

基本信息

  • 批准号:
    2284853
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2019 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Sandwich panels are employed in a wide range of engineering applications, especially in the aerospace and automotive sectors, to replace traditional bulk materials whenever structural mass is a critical performance metric. Notably, cellular cores provide a unique combination of properties to sandwich panels, including high specific stiffness and high specific strength, as well as low thermal conductivity, which makes them ideal for load-bearing, thermal insulation and energy-absorbing functions. The mechanical performance of the core strongly depends on the deformation "mode", i.e. bending versus stretching, of the cell walls. Cores with cell walls undergoing axial stretching can be ten times stiffer than those deforming primarily through wall bending or buckling for the same relative density. The aim of this PhD project is to investigate the feasibility of inducing stretch-dominated behaviour in lattices via the introduction of multi-material joints and flexural hinges in the core unit cell. This project will provide a novel and flexible method for tailoring specific stiffness, strength and thermal properties beyond what can be achieved by acting upon the topology of the unit cell alone. The properties of these novel cores will be explored both numerically, via high-fidelity finite element analysis, and experimentally, employing additive manufacturing methods to build prototypes. The key objectives of this project are: - Development of high-fidelity finite element models to understand the elastic, inelastic and thermal response of lattice cores at the unit cell and assembly levels. - Optimisation of topology and multi-material hinged configurations to maximise the performance through parametric modelling. - Additive manufacturing initial prototypes of the optimised lattice cores. - Assessing the manufacturability in an efficient and robust fashion. - Testing the prototype structures and evaluate the results against the finite element analysis simulations.
夹层板在广泛的工程应用中被采用,特别是在航空航天和汽车领域,以取代传统的散装材料,只要结构质量是一个关键的性能指标。值得注意的是,蜂窝芯为夹层板提供了独特的性能组合,包括高比刚度和高比强度,以及低导热率,这使得它们成为承重、隔热和能量吸收功能的理想选择。芯的机械性能强烈地取决于单元壁的变形“模式”,即弯曲与拉伸。对于相同的相对密度,具有经历轴向拉伸的单元壁的芯可以比主要通过壁弯曲或屈曲变形的芯硬十倍。该博士项目的目的是研究通过在核心单元中引入多材料接头和弯曲铰链来诱导晶格中拉伸主导行为的可行性。该项目将提供一种新颖而灵活的方法,用于定制特定的刚度,强度和热性能,超出了单独作用于单胞拓扑结构所能实现的范围。这些新型核心的特性将通过高保真有限元分析进行数值研究,并通过实验,采用增材制造方法来构建原型。该项目的主要目标是:-开发高保真有限元模型,以了解晶格芯在单元和组件水平上的弹性,非弹性和热响应。- 优化拓扑结构和多材料铰链配置,通过参数化建模实现性能最大化。- 优化晶格芯的增材制造初始原型。- 以有效和稳健的方式评估可制造性。- 测试原型结构,并根据有限元分析模拟评估结果。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
In-plane Elasticity of Beetle Elytra Inspired Sandwich Cores
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2022.116155
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Xindi Yu;Qicheng Zhang;Athina Kontopoulou;G. Allegri;M. Schenk;F. Scarpa
  • 通讯作者:
    Xindi Yu;Qicheng Zhang;Athina Kontopoulou;G. Allegri;M. Schenk;F. Scarpa
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  • 作者:
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  • 作者:
  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 作者:
  • 通讯作者:

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