可變形蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析.pdf

1、蜂窩結(jié)構(gòu)是一種輕質(zhì)、多功能的多孔固體材料,應(yīng)用范圍廣,發(fā)展?jié)摿Υ?。手性蜂窩結(jié)構(gòu)(ChiralHoneycomb)是近些年發(fā)展的一種新型的蜂窩結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)優(yōu)異的力學(xué)性能,可以實(shí)現(xiàn)面內(nèi)變形,面外承載的雙重作用,可以應(yīng)用在智能結(jié)構(gòu)和變體飛行器中,在航空航天領(lǐng)域具有巨大發(fā)展?jié)摿Α?br>　　傳統(tǒng)的蜂窩結(jié)構(gòu)泊松比一般為正的,無(wú)法滿足當(dāng)前科技發(fā)展的需要。目前研究者將目光投向了能夠?qū)崿F(xiàn)多功能的蜂窩材料。而手性蜂窩結(jié)構(gòu)的泊松比可以為負(fù)的,并且可實(shí)現(xiàn)不同

2、的負(fù)泊松比。通過(guò)優(yōu)化參數(shù),手性蜂窩結(jié)構(gòu)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)可變形、輕質(zhì)、高比剛度以及負(fù)泊松比特性。
　　本文介紹了蜂窩結(jié)構(gòu)、負(fù)泊松比材料及蜂窩的發(fā)展與研究現(xiàn)狀,闡述了手性蜂窩結(jié)構(gòu)的基本理論。成功的推導(dǎo)出四韌帶同向手性蜂窩結(jié)構(gòu)(TetrachiralHoneycomb)的面內(nèi)楊氏模量、泊松比、面外楊氏模量以及剪切模量上限。采用均勻化方法對(duì)四韌帶同向手性蜂窩結(jié)構(gòu)的彈性模量和泊松比進(jìn)行有限元計(jì)算和預(yù)測(cè),并結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行綜合的比較,研究了

3、四韌帶同向手性蜂窩結(jié)構(gòu)力學(xué)性能與其幾何參數(shù)間的變化關(guān)系,同時(shí)得到了面外楊氏模量和面內(nèi)楊氏模量間的變化關(guān)系,并且對(duì)其面外剪切模量的變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。研究了四韌帶手性蜂窩同時(shí)實(shí)現(xiàn)最小密度和面內(nèi)最大彈性模量以及面外最大楊氏模量和面外最小楊氏模量的可能性。通過(guò)對(duì)三韌帶手性蜂窩(TrichiralHoneycomb)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn),對(duì)其面內(nèi)的力學(xué)性能進(jìn)行了探討,定性的分析了該類型蜂窩結(jié)構(gòu)與其自身結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)的關(guān)系,為以后對(duì)三韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)的進(jìn)

4、一步的研究提供了參考。比較分析了六韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)(HexachiralHoneycomb)、四韌帶手性蜂窩以及三韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)的泊松比、楊氏模量,以及它們與幾何參數(shù)的關(guān)系。設(shè)計(jì)了手性蜂窩結(jié)構(gòu)蒙皮承載實(shí)驗(yàn),探討了各類型手性蜂窩結(jié)構(gòu)的面外承載能力。
　　本文通過(guò)對(duì)手性蜂窩結(jié)構(gòu)的研究表明,手性蜂窩結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)面內(nèi)低模量和面外高承載要求,可以用作變體飛行器的機(jī)翼蒙皮結(jié)構(gòu),航空航天的可展開(kāi)結(jié)構(gòu),是一種新型的、能夠?qū)崿F(xiàn)多功能化的蜂窩結(jié)構(gòu)。