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研究团队与发表信息
本研究由Xin Wang、Zhao-Dong Xu、Haoyan Peng、Zhiheng Xia、Juncheng Yao、Xinyu Liu和Changqing Miao共同完成。研究团队主要来自中国东南大学的“中巴一带一路重大基础设施智能防灾联合实验室”和土木工程学院。该研究于2025年发表在《Engineering Structures》期刊上，论文标题为《Flutter Performance of Auxetic Honeycomb Sandwich Plates in Supersonic Flow with Acoustic Load》。
学术背景
本研究属于航空航天工程与结构力学领域，主要研究负泊松比（Negative Poisson’s Ratio, NPR）蜂窝夹层板在超音速气流中的气动弹性行为。随着工程结构复杂性的增加，振动研究在桥梁振动、地震研究和航天工程等领域变得至关重要。蜂窝夹层结构因其轻质、高强度、抗冲击性和设计灵活性，被广泛应用于爆炸防护、航空航天、车辆碰撞避免和生物医学等领域。特别是负泊松比蜂窝夹层结构在抗冲击、抗压痕、抗变形和能量吸收方面表现出优越性能。然而，关于负泊松比蜂窝夹层板在气动载荷下的气动弹性行为研究较为有限。本研究旨在填补这一空白，探索负泊松比蜂窝夹层板在超音速气流中的颤振性能，为其在工程应用中的优化设计提供理论依据。
研究流程
本研究主要包括以下几个步骤：
1. 模型建立与材料参数计算
研究首先建立了负泊松比蜂窝夹层板的物理模型，包括铝制面板和负泊松比蜂窝芯层。通过改进的Gibson公式计算了蜂窝芯层的等效弹性参数，包括弹性模量、剪切模量和密度等。这些参数通过单元弯曲和拉伸变形公式推导得出，确保了材料参数的精确性和实用性。
理论建模与方程推导
研究采用一阶剪切变形理论（First-Order Shear Deformation Theory, FSDT）对夹层板进行建模，并通过一阶活塞理论（First-Order Piston Theory）考虑气动压力的影响。基于哈密顿原理（Hamilton’s Principle）推导了系统的控制方程，并通过人工弹簧模拟不同边界条件。
数值求解与验证
研究采用改进的Ritz方法（Modified Ritz Method）对控制方程进行半解析数值求解。为了验证方法的准确性，研究将结果与有限元法（Finite Element Method, FEM）和已有文献数据进行了对比，结果表明该方法具有较高的精度。
参数分析与讨论
研究进一步分析了边界条件、芯层厚度、蜂窝几何形状和取向角等参数对夹层板气动弹性性能的影响。通过改变这些参数，研究探讨了它们对夹层板颤振特性的影响，并提出了优化设计的建议。
主要结果
1. 材料参数计算结果
通过改进的Gibson公式，研究计算了负泊松比蜂窝芯层的等效弹性参数，结果表明芯层的弹性模量和剪切模量与其几何形状密切相关。
数值求解与验证结果
改进的Ritz方法在求解夹层板控制方程时表现出较高的精度，与有限元法和文献数据的对比验证了该方法的可靠性。
参数分析结果
研究结果表明，边界条件的改变对夹层板的自然频率有显著影响，而芯层厚度的增加会降低夹层板的气动弹性稳定性。此外，蜂窝几何形状和取向角对夹层板的动态特性也有重要影响。
结论与意义
本研究通过理论建模和数值分析，系统地研究了负泊松比蜂窝夹层板在超音速气流中的气动弹性行为。研究结果表明，负泊松比蜂窝芯层在能量耗散和吸收方面表现出优越性能，显著提高了结构刚度和动态稳定性。此外，研究提出的改进Ritz方法为夹层板的动态分析提供了一种高效且精确的数值求解方法。这些发现为负泊松比蜂窝夹层板在航空航天等工程领域的应用提供了重要的理论依据和设计指导。
研究亮点
1. 研究方法的创新性
本研究采用改进的Ritz方法对夹层板控制方程进行求解，并通过与有限元法和文献数据的对比验证了其精度和可靠性。
研究对象的特殊性
本研究聚焦于负泊松比蜂窝夹层板，其在抗冲击和能量吸收方面的优越性能使其在航空航天等领域具有广泛的应用前景。
参数分析的全面性
研究系统地分析了边界条件、芯层厚度、蜂窝几何形状和取向角等参数对夹层板气动弹性性能的影响，为优化设计提供了全面的理论支持。
其他有价值的内容
研究还探讨了夹层板在随机声激励下的振动响应，结果表明在临界颤振气动压力（Critical Flutter Aerodynamic Pressure, CFAP）附近，夹层板对外部激励的敏感性显著增加。这一发现为夹层板在实际工程中的动态设计提供了重要参考。
以上报告详细介绍了本研究的背景、流程、结果及其意义，旨在为相关领域的研究者提供全面的参考。