多段填充复合蜂窝结构的动态响应特性研究

发布时间：2021-09-08 20:03

　　基于多胞材料独特的力学性能和微结构可设计性强的优势,提出一种多段三角形和六角形蜂窝填充能量吸收复合结构模型.利用显式动力有限元方法对该模型的动力响应特性和比吸能进行研究,重点讨论了不同恒定冲击速度下,蜂窝结构的排布及其相对密度对复合蜂窝结构宏观变形、动态平台应力、冲击载荷一致性和能量吸收能力的影响.研究结果表明,所设计的多段填充复合蜂窝结构能够让轴力和弯曲变形共同参与整体变形,实现I类和II类能量吸收结构的优势互补.通过对各段内微结构及段长的合理选择,复合蜂窝结构的冲击载荷效率明显提高,冲击应力波动幅度明显降低,能够有效地提高并控制蜂窝结构能量吸收效率.本文对完善多胞结构的耐撞性设计方法和控制能量吸收过程具有指导意义. 

【文章来源】：湖南大学学报(自然科学版). 2020,47(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

多段填充复合蜂窝结构能量吸收设计模型

图1 多段填充复合蜂窝结构能量吸收设计模型图3为多段填充复合蜂窝结构设计示意图.针对某一特定的结构排布（如试件HHTT,H表示六角形结构；T表示三角形结构），试件HHTT表示六角形结构靠近冲击端，三角形结构靠近固定端.基体材料为金属铝，并假定为理想弹塑性模型，服从Mises屈服准则.主要材料参数为[10]：杨氏模量Es=69 GPa，屈服应力σys=76 MPa，密度ρs=2 700 kg/m3，泊松比μ=0.3，取强化模量为零.对于计算中可能的接触，将刚性板与试件间定义为面-面自动接触，摩擦系数为0.02[10]；试件内部各胞元间定义为通用接触，且无摩擦.采用与文献[3-7]相同的边界条件，即蜂窝试件置于底端固定刚性板上，试件左右两侧自由.为保证变形的平面应变状态，在计算过程中，约束所有节点沿面外方向的位移以防止面外屈曲的发生.另外，本文在大变形冲击过程中不考虑材料损伤对多段填充复合蜂窝结构动态响应特性和能量吸收能力的影响.

图3为多段填充复合蜂窝结构设计示意图.针对某一特定的结构排布（如试件HHTT,H表示六角形结构；T表示三角形结构），试件HHTT表示六角形结构靠近冲击端，三角形结构靠近固定端.基体材料为金属铝，并假定为理想弹塑性模型，服从Mises屈服准则.主要材料参数为[10]：杨氏模量Es=69 GPa，屈服应力σys=76 MPa，密度ρs=2 700 kg/m3，泊松比μ=0.3，取强化模量为零.对于计算中可能的接触，将刚性板与试件间定义为面-面自动接触，摩擦系数为0.02[10]；试件内部各胞元间定义为通用接触，且无摩擦.采用与文献[3-7]相同的边界条件，即蜂窝试件置于底端固定刚性板上，试件左右两侧自由.为保证变形的平面应变状态，在计算过程中，约束所有节点沿面外方向的位移以防止面外屈曲的发生.另外，本文在大变形冲击过程中不考虑材料损伤对多段填充复合蜂窝结构动态响应特性和能量吸收能力的影响.1.2 相对密度

【参考文献】：
期刊论文
[1]负泊松比蜂窝材料的动力学响应及能量吸收特性[J]. 韩会龙,张新春,王鹏.  爆炸与冲击. 2019(01)
[2]正八边形多胞薄壁管吸能特性仿真和优化[J]. 白中浩,王飞虎,郭厚锐.  湖南大学学报(自然科学版). 2015(10)



本文编号：3391397