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正六边形蜂窝状多孔格栅结构

项目分类:传感器 发布时间:2022-03-16 ID:583660
  • 正六边形蜂窝状多孔格栅结构

  这类正六边形蜂窝格栅结构,最早在航空航天夹层结构中得到规模化应用,如今已经延伸到传感器封装、流体整流、设备防护、缓冲吸能等多个工程场景,不同场景下的结构参数差异极大,建模时需要先明确具体的安装边界与工况要求。从结构特性来看,正六边形排布是所有二维平铺网格中材料利用率最高的构型,相同孔隙率下比刚度、比强度远高于方形、三角形网格,在承受面外均布载荷时,筋条受力均匀,不会出现方形网格转角处的应力集中问题,同时连续贯通的六边形孔道既可以保证流体、气流的顺畅通过,也能为内置的传感元件提供规整的安装定位空间。建模过程中首先要确定单胞的核心参数:六边形的对边距决定了单孔的有效通流尺寸,筋条厚度直接关联整体结构的承载能力与重量,

  整体格栅的外轮廓尺寸需要完全匹配安装位的边界,通常会在最外圈的半六边形位置做封边处理,避免边缘出现开口薄弱区,安装边的预留宽度需要根据固定方式调整,采用螺栓固定时要在封边区域对应位置留出安装孔位,孔边距要满足结构件的最小设计要求,避免安装时出现筋条撕裂。在传感器相关应用场景中,这类结构常作为传感探头的防护整流罩使用,一方面可以阻挡外界大尺寸杂物触碰敏感元件,另一方面规整的蜂窝孔道可以梳理紊乱的来流,让气流或液流以均匀的流速接触传感面,降低紊流带来的测量误差,此时筋条厚度通常取较小值,在保证结构刚度的前提下尽可能降低对流体的遮挡,孔道的轴向长度需要根据整流要求计算,长径比过小无法起到整流效果,过大则会带来额外的流阻损失。

  如果是用于缓冲吸能场景,筋条会设计出诱导变形的微小倒角,让结构在承受冲击载荷时按照预设的顺序逐层压溃,吸收冲击能量,此时建模需要重点关注筋条连接处的圆角过渡,避免冲击时出现脆性断裂。建模时优先采用阵列方式生成整体网格,先绘制单个正六边形的闭合轮廓,按照蜂窝排布的偏移量做线性阵列,再统一拉伸成实体,最后通过布尔运算合并所有筋条,这种建模方式便于后续参数调整,修改单胞尺寸、筋厚、整体外形时只需要调整阵列参数与拉伸深度即可,不需要重新绘制整体轮廓,能大幅提升设计迭代效率。需要注意的是,不同加工工艺对结构的最小尺寸有明确限制,采用3D打印时最小筋厚不能低于打印工艺的最小成型尺寸,采用机加工方式制作时要考虑刀具的加工可达性,避免出现刀具无法进入的内角区域。

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