蜂窩鋁材料面內(nèi)尺寸效應(yīng)及應(yīng)變率影響研究.pdf

1、由于六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)具有一系列優(yōu)良特性且應(yīng)用廣泛，有必要對其進(jìn)行全面了解，實(shí)際應(yīng)用中常常被設(shè)計成面外和面內(nèi)兩個方向承受載荷，且多胞材料的性能與尺寸有很大相關(guān)性，尤其是面內(nèi)胞元個數(shù)的改變對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響需要進(jìn)一步細(xì)化研究。因此，面內(nèi)尺寸的改變在面內(nèi)壓縮時對試件力學(xué)參數(shù)的影響作為本文主要研究內(nèi)容。在面內(nèi)壓縮中，無尺寸效應(yīng)影響情況下，應(yīng)變率對變形模態(tài)以及力學(xué)性能的影響也是我們關(guān)心的重點(diǎn)。
　　本文通過試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究了面內(nèi)壓縮時面內(nèi)

2、尺寸效應(yīng)對試件力學(xué)性能的影響，以及不同應(yīng)變率對變形模態(tài)和力學(xué)性能的影響：
　　通過英斯特朗材料試驗(yàn)機(jī)對3種相對密度、6種面內(nèi)尺寸共計18種六邊形鋁蜂窩塊體試件，分別從x1和x2方向進(jìn)行面內(nèi)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同面內(nèi)尺寸、不同密度蜂窩鋁試件在面內(nèi)單軸壓縮過程中變形模式相同，都為逐層周期性疊加直到壓實(shí)。對于力學(xué)性能方面，三種密度蜂窩鋁試件的密實(shí)化應(yīng)變均沒有對面內(nèi)尺寸表現(xiàn)出明顯的尺寸效應(yīng)，可以認(rèn)為密實(shí)化應(yīng)變是一個穩(wěn)定的力學(xué)參數(shù)；而宏觀剛

3、度在x1和x2方向壓縮時都表現(xiàn)出了對面內(nèi)尺寸的敏感性，并隨著試件尺寸的增加而增大直到N×N=9×9時趨于穩(wěn)定；相對密度較小（t/D=0.016）的試件平臺應(yīng)力隨著面內(nèi)尺寸的增加而增大直到N×N=11×11時趨于穩(wěn)定，而對于t/d=0.026和0.02兩種試件的平臺應(yīng)力對于試件尺寸并不敏感；最后引入薄弱邊界層理論合理解釋了試件剛度在相對密度較小的情況下對面內(nèi)尺寸減小變得更為敏感的原因，通過理論公式推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證了引用合理性；總之，

4、在面內(nèi)受力的蜂窩材料使用中，為得到不受面內(nèi)尺寸效應(yīng)影響的具有穩(wěn)定力學(xué)參數(shù)的材料，應(yīng)該選擇胞元尺寸至少為 N×N=11×11。然后采用 ABAQUS有限元軟件，分別從x1和x2方向進(jìn)行面內(nèi)準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮數(shù)值模擬，分析變形模態(tài)以及平臺應(yīng)力和密實(shí)化應(yīng)變受面內(nèi)尺寸效應(yīng)的影響。結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相同，進(jìn)而驗(yàn)證了模型的可靠性。
　　由上面對模型可靠性分析作為保障，采用ABAQUS有限元軟件，為不受尺寸效應(yīng)影響，建立相對密度t/D=0.016胞元尺寸為

5、N×N=11×11的蜂窩鋁材料模型，分別進(jìn)行從x1和x2方向進(jìn)行面內(nèi)準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮數(shù)值模擬。發(fā)現(xiàn)不同應(yīng)變率對變形模態(tài)有明顯影響，在 x1方向準(zhǔn)靜態(tài)及中等應(yīng)變率壓縮時試件橫向?qū)ΨQ軸附近胞元壁相互接觸呈“一”字型逐層疊加，直至試件完全密實(shí)化。x2方向準(zhǔn)靜態(tài)及中等應(yīng)變率壓縮時試件中心區(qū)域發(fā)生塑性變形，胞元以非對稱剪切變形模型破壞，然后胞壁呈三角形疊加并擠壓相鄰胞元，隨著進(jìn)一步壓縮逐層塑性疊加直至完全密實(shí)化。高應(yīng)變率時，兩方向變形模態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闆_擊