凹六邊形蜂窩芯材共面緩沖性能的研究.pdf

1、凹六邊形蜂窩芯材是一種典型二維多孔固體材料，由于其具有良好的緩沖性能被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如航空航天、汽車運(yùn)輸、產(chǎn)品包裝等。從目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)蜂窩芯材的研究主要集中在六邊形蜂窩芯材上，對(duì)于凹六邊形蜂窩芯材的研究無(wú)論是在靜態(tài)載荷還是動(dòng)態(tài)載荷作用下都很少。胞元結(jié)構(gòu)影響著蜂窩芯材的力學(xué)性能，所以研究凹六邊形蜂窩芯材的緩沖性能對(duì)進(jìn)一步探索胞元結(jié)構(gòu)對(duì)蜂窩芯材力學(xué)性能的影響有著重要的理論意義和參考價(jià)值。本論文重點(diǎn)研究共面沖擊載荷作用下

2、凹六邊形蜂窩芯材的緩沖性能。
　　 本論文利用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA建立了凹六邊形蜂窩芯材共面沖擊分析的有限元模型，數(shù)值再現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的凹六邊形蜂窩芯材在不同沖擊速度(3～250m/s)的共面沖擊載荷作用下從開(kāi)始形變直至到最終被壓潰的整個(gè)變形過(guò)程。并通過(guò)后處理軟件LSPREPOSTD得到相關(guān)應(yīng)力-應(yīng)變、能量曲線，對(duì)有限元模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　 首先，對(duì)凹六邊形蜂窩芯材的共面類靜態(tài)緩沖性能進(jìn)行了研究。

3、在低速(3m/s)沖擊載荷條件下，可以得到凹六邊形蜂窩芯材的類靜態(tài)共面沖擊變形過(guò)程，其類靜態(tài)變形模式為“M”型。分析了壁厚邊長(zhǎng)比、擴(kuò)展角對(duì)凹六邊形蜂窩芯材共面類靜態(tài)峰應(yīng)力的影響規(guī)律，共面類靜態(tài)峰應(yīng)力與其相對(duì)密度的平方成正比?；谟邢拊獢?shù)值分析結(jié)果利用最小二乘法得出凹六邊形蜂窩芯材共面類靜態(tài)峰應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)公式。
　　 其次，對(duì)凹六邊形蜂窩芯材的共面動(dòng)態(tài)緩沖性能進(jìn)行了分析。在不同動(dòng)態(tài)沖擊速度(20～250m/s)的共面沖擊載荷作用下，

4、模擬出材料動(dòng)態(tài)沖擊的變形過(guò)程，并得到其動(dòng)態(tài)變形模式。變形模式可分為兩類：“W”型和“一”型。同時(shí)還可得出變形模式的臨界轉(zhuǎn)換速度公式。分析了壁厚邊長(zhǎng)比、擴(kuò)展角以及沖擊速度對(duì)動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力的影響規(guī)律。在共面方向上，各結(jié)構(gòu)參數(shù)固定時(shí)，凹六邊形蜂窩芯材的共面動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力與沖擊速度的平方呈線性關(guān)系，得出了相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)公式；沖擊速度固定時(shí)，共面動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力與壁厚邊長(zhǎng)比呈冪指數(shù)關(guān)系，與擴(kuò)展角(弧度)呈二次曲線關(guān)系。
　　 第三，根據(jù)凹六邊形蜂窩芯材動(dòng)態(tài)應(yīng)

5、力-應(yīng)變曲線的特點(diǎn)，提出了一種簡(jiǎn)化的能量吸收模型，使得凹六邊形蜂窩芯材的緩沖性能可以使用動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)來(lái)表征。由此得出在不同沖擊速度的共面沖擊載荷作用下，不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的凹六邊形蜂窩芯材的動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)曲線，同時(shí)還得出各個(gè)試樣的最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)。分析了壁厚邊長(zhǎng)比、擴(kuò)展角以及沖擊速度對(duì)最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)的影響規(guī)律。在共面方向上，各結(jié)構(gòu)參數(shù)固定時(shí)，凹六邊形蜂窩芯材的最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)隨著沖擊速度的增大而減??；沖擊速度固定時(shí)，最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)隨著壁厚邊

6、長(zhǎng)比的增大而增大，隨著擴(kuò)展角的增大而減小。簡(jiǎn)化模型相關(guān)理論表明最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)與密實(shí)化應(yīng)變近似呈反比例關(guān)系，理論分析得出的最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)隨結(jié)構(gòu)參數(shù)及沖擊速度的變化規(guī)律與有限元模擬結(jié)果值相一致。
　　 最后，基于簡(jiǎn)化的能量吸收模型得出凹六邊形蜂窩芯材的能量吸收?qǐng)D，并得出最佳單位體積能量吸收與結(jié)構(gòu)參數(shù)、沖擊速度的關(guān)系。在同一共面動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力下，隨著擴(kuò)展角或壁厚邊長(zhǎng)比的變化，沖擊速度越高，最佳單位體積能量吸收越多；在同一共面動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力