基于Miura折纸的蜂窝材料共面缓冲性能研究

发布时间：2021-11-19 01:49

　　针对当前铝蜂窝材料在共面缓冲性能方面的不足,基于已有的内凹六边形蜂窝和Miura折纸单元,提出了一种改进型内凹六边形蜂窝材料。利用有限元软件,建立了3种有限元模型并进行了共面和异面方向的准静态压缩模拟,获得了3种模型在2种工况条件下的变形模式和表征缓冲性能的平台应力值。基于所提蜂窝材料,设计了一种折纸型二级缓冲结构并进行了有限元分析。分析表明,提出的改进型内凹六边形蜂窝具有三维负泊松比特性,该性能使蜂窝在共面压缩时具有更高的平台应力;二级缓冲结构满足飞行器在正常着陆工况和特殊严苛着陆工况的不同缓冲性能要求。 

【文章来源】：载人航天. 2020,26(01)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

Miura折纸单元

图1 Miura折纸单元相比Miura超材料而言,目前被广泛研究和采用的负泊松比材料为内凹型蜂窝,如内凹六边形蜂窝。此类蜂窝在面内受压时体现出内凹变形机制,如图3所示。

相比Miura超材料而言,目前被广泛研究和采用的负泊松比材料为内凹型蜂窝,如内凹六边形蜂窝。此类蜂窝在面内受压时体现出内凹变形机制,如图3所示。为提高内凹六边形蜂窝胞元的共面刚度,避免失稳,同时激发其轴向负泊松比的特性,将2个Miura单元引入内凹六边形胞元中,作为两侧胞壁,形成图4所示的改进型内凹六边形胞元。根据文献[9],Miura单元的4个几何参数确定,分别为单元基本四边形边长a、b及其夹角γ、单元折叠角θ。对于内凹六边形蜂窝,基本参数包括胞元高度H、胞元边长l、基材密度ρ和内凹角φ。为方便与正六边形蜂窝进行对比,定义φ=120°。将Miura单元引入后,再增加材料高度方向Miura单元的数量参数n。根据图4所示的几何关系,当蜂窝材料的基本参数确定时,Miura单元的参数a、b及折叠角θ可根据式(1)～(3)确定。在不改变内凹角的前提下,蜂窝主要的设计参数为胞元壁厚t及四边形内角γ。正六边形蜂窝和内凹六边形蜂窝相对密度ρA和ρB的计算方法如式(4)、(5)所示。根据式(1)～(3),考虑内角γ,对式(5)进行修改,可获得改进型蜂窝的相对密度ρC的计算公式(6)。

【参考文献】：
期刊论文
[1]星型-箭头蜂窝结构的面内动态压溃行为[J]. 卢子兴,王欢,杨振宇,李响.  复合材料学报. 2019(08)
[2]手性和反手性蜂窝材料的面内冲击性能研究[J]. 卢子兴,李康.  振动与冲击. 2017(21)
[3]负泊松比蜂窝动态压溃行为的有限元模拟[J]. 卢子兴,李康.  机械强度. 2016(06)
[4]负泊松比蜂窝抗冲击性能分析[J]. 侯秀慧,尹冠生.  机械强度. 2016(05)
[5]铝蜂窝串联缓冲结构静态压缩仿真与试验研究[J]. 李萌,刘荣强,罗昌杰,郭宏伟,丁北辰.  振动与冲击. 2013(09)



本文编号：3504042