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)用于各個領(lǐng)域，例如航空航天、汽車運輸、產(chǎn)品包裝等。從目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看，對蜂窩芯材的研究主要集中在六邊形蜂窩芯材上，對于凹六邊形蜂窩芯材的研究無論是在靜態(tài)載荷還是動態(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進一步探索胞元結(jié)構(gòu)對蜂窩芯材力學(xué)性能的影響有著重要的理論意義和參考價值。本論文重點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始形變直至到最終被壓潰的整個變形過程。并通過后處理軟件LSPREPOSTD得到相關(guān)應(yīng)力-應(yīng)變、能量曲線，對有限元模擬結(jié)果進行了分析。
　　 首先，對凹六邊形蜂窩芯材的共面類靜態(tài)緩沖性能進行了研究。

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)共面沖擊變形過程，其類靜態(tài)變形模式為“M”型。分析了壁厚邊長比、擴展角對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)力與其相對密度的平方成正比。基于有限元數(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)驗公式。
　　 其次，對凹六邊形蜂窩芯材的共面動態(tài)緩沖性能進行了分析。在不同動態(tài)沖擊速度(20～250m/s)的共面沖擊載荷作用下，

4、模擬出材料動態(tài)沖擊的變形過程，并得到其動態(tài)變形模式。變形模式可分為兩類：“W”型和“一”型。同時還可得出變形模式的臨界轉(zhuǎn)換速度公式。分析了壁厚邊長比、擴展角以及沖擊速度對動態(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，凹六邊形蜂窩芯材的共面動態(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)驗公式；沖擊速度固定時，共面動態(tài)峰應(yīng)力與壁厚邊長比呈冪指數(shù)關(guān)系，與擴展角(弧度)呈二次曲線關(guān)系。
　　 第三，根據(jù)凹六邊形蜂窩芯材動態(tài)應(yīng)

5、力-應(yīng)變曲線的特點，提出了一種簡化的能量吸收模型，使得凹六邊形蜂窩芯材的緩沖性能可以使用動態(tài)緩沖系數(shù)來表征。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態(tài)緩沖系數(shù)曲線，同時還得出各個試樣的最小動態(tài)緩沖系數(shù)。分析了壁厚邊長比、擴展角以及沖擊速度對最小動態(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，凹六邊形蜂窩芯材的最小動態(tài)緩沖系數(shù)隨著沖擊速度的增大而減??；沖擊速度固定時，最小動態(tài)緩沖系數(shù)隨著壁厚邊

6、長比的增大而增大，隨著擴展角的增大而減小。簡化模型相關(guān)理論表明最小動態(tài)緩沖系數(shù)與密實化應(yīng)變近似呈反比例關(guān)系，理論分析得出的最小動態(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，基于簡化的能量吸收模型得出凹六邊形蜂窩芯材的能量吸收圖，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。在同一共面動態(tài)峰應(yīng)力下，隨著擴展角或壁厚邊長比的變化，沖擊速度越高，最佳單位體積能量吸收越多；在同一共面動態(tài)峰應(yīng)力