三维有序负泊松比结构的设计、制备与力学性能表征
发布时间：2021-01-04 03:10
作为一种新颖、独特的超材料结构,负泊松比结构受到了广泛关注。近年来,三维有序负泊松比结构已成为负泊松比结构研究领域的热点。但通常其构型复杂难制备且刚度相对较低。因此制备工艺的研究和结构刚度的提升是三维有序负泊松比结构研究的关键课题。以高性能纤维增强复合材料为母材制备三维有序负泊松比结构具有提高其比刚度、比强度性能的潜力,但目前相关研究鲜有报道。本文提出了制备三维内凹负泊松比结构的嵌锁组装工艺和制备三维双箭头型负泊松比结构的堆叠组装工艺,设计并成功制备了金属和复合材料三维内凹负泊松比结构以及复合材料三维双箭头型负泊松比结构。在实现结构制备的基础上,通过试验表征、数值模拟和理论分析等方法研究结构的变形、泊松比以及压缩模量等性质,为三维有序负泊松比结构的设计、制备和应用提供参考。主要研究内容包括:首先,提出了制备三维内凹负泊松比结构的嵌锁组装工艺,实现了非增材制造工艺的三维负泊松比结构制备。基于该嵌锁组装工艺,成功制备了一系列母材为金属（304不锈钢）的试验样件。采用单轴压缩试验测试了试样的泊松比和等效压缩模量。同时采用有限元数值仿真方法研究了结构几何参数（包括杆件的横截面尺寸以及竖直杆与倾...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
正泊松比材料和负泊松比材料在拉伸载荷作用下的变形[2]
图 1-2 普通聚合物泡沫（左）和负泊松比聚合物泡沫（右）的扫描电镜照片[55Fig.1-2 SEM of conventional (left) and auxetic (right) polymeric foams[55]2 内凹蜂窝ibson 等[56]指出具有内凹特征的六角形蜂窝结构拥有负泊松比性质，如由于铰链作用，倾斜杆在单轴拉伸载荷作用下会向水平方向转动，在垂直于加载方向的膨胀，导致结构具有负泊松比性质[57]。后续的单轴载荷作用下结构的主导变形机制为倾斜杆的弯曲，并伴随有轴作用，且倾斜杆的弯曲变形是引起内凹蜂窝结构负泊松比性质的主要
59]。图1-3 内凹蜂窝未变形状态及在拉伸载荷作用下的变形状态[60]Fig.1-3 Re-entrant honeycomb in the undeformed and deformed states[60]1.2.1.3 手性结构和反手性结构手性结构和反手性结构是另一类研究比较多的负泊松比结构[61]，如图 1-4 所示。手性结构具有旋转对称性质（连接两个相邻节点的韧带在节点的两侧），而反手性结构具有轴对称性质（连接两个相邻节点的韧带在节点的同一侧）。在外3
【参考文献】：
期刊论文
[1]舰艇新型宏观负泊松比效应蜂窝舷侧防护结构[J]. 杨德庆,马涛,张梗林. 爆炸与冲击. 2015(02)
[2]船舶宏观负泊松比蜂窝夹芯隔振器优化设计[J]. 张梗林,杨德庆. 振动与冲击. 2013(22)
[3]负泊松比安全带织带乘员碰撞保护性能的FE仿真[J]. 亓昌,安文姿,杨姝. 汽车安全与节能学报. 2013(03)
[4]船用新型蜂窝隔振器减振性能分析[J]. 张梗林,杨德庆,朱金文. 中国舰船研究. 2013(04)
[5]负泊松比柔性蜂窝结构在变体机翼中的应用[J]. 颜芳芳,徐晓东. 中国机械工程. 2012(05)
[6]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义. 复合材料学报. 2007(01)
博士论文
[1]新型周期多孔材料的准静态和冲击特性研究[D]. 乔锦秀.清华大学 2016
[2]新型负泊松比结构关键技术研究及其在车身设计中的应用[D]. 周冠.湖南大学 2015
[3]三维负泊松比多胞结构的轴向压缩性能研究[D]. 张伟.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]宏观负泊松比效应蜂窝基座及防护结构减振与抗爆性能设计[D]. 张梗林.上海交通大学 2014
[2]可变形蜂窝结构的力学性能分析[D]. 赵显伟.哈尔滨工业大学 2013
[3]车用负泊松比安全带织带乘员保护效能研究[D]. 安文姿.大连理工大学 2013
本文编号：2956031
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
正泊松比材料和负泊松比材料在拉伸载荷作用下的变形[2]
图 1-2 普通聚合物泡沫（左）和负泊松比聚合物泡沫（右）的扫描电镜照片[55Fig.1-2 SEM of conventional (left) and auxetic (right) polymeric foams[55]2 内凹蜂窝ibson 等[56]指出具有内凹特征的六角形蜂窝结构拥有负泊松比性质，如由于铰链作用，倾斜杆在单轴拉伸载荷作用下会向水平方向转动，在垂直于加载方向的膨胀，导致结构具有负泊松比性质[57]。后续的单轴载荷作用下结构的主导变形机制为倾斜杆的弯曲，并伴随有轴作用，且倾斜杆的弯曲变形是引起内凹蜂窝结构负泊松比性质的主要
59]。图1-3 内凹蜂窝未变形状态及在拉伸载荷作用下的变形状态[60]Fig.1-3 Re-entrant honeycomb in the undeformed and deformed states[60]1.2.1.3 手性结构和反手性结构手性结构和反手性结构是另一类研究比较多的负泊松比结构[61]，如图 1-4 所示。手性结构具有旋转对称性质（连接两个相邻节点的韧带在节点的两侧），而反手性结构具有轴对称性质（连接两个相邻节点的韧带在节点的同一侧）。在外3
【参考文献】：
期刊论文
[1]舰艇新型宏观负泊松比效应蜂窝舷侧防护结构[J]. 杨德庆,马涛,张梗林. 爆炸与冲击. 2015(02)
[2]船舶宏观负泊松比蜂窝夹芯隔振器优化设计[J]. 张梗林,杨德庆. 振动与冲击. 2013(22)
[3]负泊松比安全带织带乘员碰撞保护性能的FE仿真[J]. 亓昌,安文姿,杨姝. 汽车安全与节能学报. 2013(03)
[4]船用新型蜂窝隔振器减振性能分析[J]. 张梗林,杨德庆,朱金文. 中国舰船研究. 2013(04)
[5]负泊松比柔性蜂窝结构在变体机翼中的应用[J]. 颜芳芳,徐晓东. 中国机械工程. 2012(05)
[6]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义. 复合材料学报. 2007(01)
博士论文
[1]新型周期多孔材料的准静态和冲击特性研究[D]. 乔锦秀.清华大学 2016
[2]新型负泊松比结构关键技术研究及其在车身设计中的应用[D]. 周冠.湖南大学 2015
[3]三维负泊松比多胞结构的轴向压缩性能研究[D]. 张伟.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]宏观负泊松比效应蜂窝基座及防护结构减振与抗爆性能设计[D]. 张梗林.上海交通大学 2014
[2]可变形蜂窝结构的力学性能分析[D]. 赵显伟.哈尔滨工业大学 2013
[3]车用负泊松比安全带织带乘员保护效能研究[D]. 安文姿.大连理工大学 2013
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