斜方形蜂窩芯材共面沖擊載荷下緩沖性能的研究.pdf

1、斜方形蜂窩芯材作為一種典型的二維多孔材料，具有密度小、比模量高、比強(qiáng)度大、壓縮變形能力大等優(yōu)點(diǎn)，是理想的減震和吸能結(jié)構(gòu)。這些性質(zhì)使得蜂窩芯材在航空、包裝、交通等領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外研究表明，構(gòu)型、結(jié)構(gòu)參數(shù)和沖擊速度影響著二維多孔材料的緩沖性能。本文重點(diǎn)研究斜方形蜂窩芯材在共面沖擊載荷作用下的緩沖性能，及其與結(jié)構(gòu)參數(shù)和沖擊速度的關(guān)系。
　　首先，本論文利用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA建立了斜方形蜂窩芯材共面沖擊分析的

2、有限元模型，得到不同結(jié)構(gòu)參數(shù)（壁厚邊長比、擴(kuò)展角）不同沖擊速度(3～250m/s)下斜方形蜂窩芯材的共面沖擊變形過程。低速共面沖擊載荷作用下，斜方形蜂窩芯材局部網(wǎng)格先呈現(xiàn)“v”、“x”、“n”、“m”或“w”形的復(fù)雜形變，進(jìn)而延伸至整個(gè)蜂窩芯材;高速共面沖擊速度作用下，靠近沖擊端的芯材首先出現(xiàn)“一”字形坍塌，并在擴(kuò)展角為70°及80°的情況下，分別出現(xiàn)了“v”及“w”型的局部坍塌;在不同共面沖擊條件下斜方形蜂窩芯材均有一個(gè)共同的明顯特征

3、:整體表現(xiàn)出明顯的橫向擴(kuò)展。
　　其次，通過后處理軟件LSPREPOSTD得到不同沖擊條件下應(yīng)力、應(yīng)變、能量曲線，并對有限元模擬結(jié)果進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論。斜方形蜂窩芯材的共面動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力與沖擊速度的平方成線性關(guān)系，線性關(guān)系的相關(guān)系數(shù)A與壁厚邊長比成二次曲線關(guān)系;在給定的沖擊速度下，當(dāng)其余結(jié)構(gòu)參數(shù)固定時(shí)，斜方形蜂窩芯材共面動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力與壁厚邊長比成冪指數(shù)關(guān)系;在相同沖擊速度與壁厚邊長比的情況下，隨著擴(kuò)展角的增大，斜方形蜂窩芯材的共面

4、動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力先減小后增大，并與擴(kuò)展角呈二次曲線關(guān)系;在相同條件下得出的單位體積能量吸收值與沖擊速度和結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系與動(dòng)態(tài)峰應(yīng)力的相關(guān)關(guān)系規(guī)律基本一致;并總結(jié)斜方形蜂窩芯材類靜態(tài)峰應(yīng)力與壁厚邊長比呈二次曲線變化的規(guī)律。同時(shí)，利用最小二乘法對以上結(jié)論進(jìn)行數(shù)值分析，擬合得到了相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)公式。
　　最后，根據(jù)斜方形蜂窩芯材典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線，提出了關(guān)于最佳能量吸收的簡化模型，并通過簡化模型提出最小動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)的概念;分析得到?jīng)_擊速度越高、壁