基于3D打印的多孔结构吸能特性研究
发布时间：2022-10-29 14:36
超轻多孔金属材料的高孔隙率使其具有独特的多功能复合特性,包括质量轻、高比强度、高比刚度、耐冲击、降噪散热、多功能集成等优良特性,广泛地应用于汽车、轨道交通、飞机和船舶等交通工具的能量耗散装置中。超轻多孔金属材料的广泛应用不仅会大幅度降低对常规能源的需求,同时还可以减少环境污染。蜂窝结构属于典型的超轻多孔金属材料,在压缩过程中特殊的变形模式和蜂窝胞壁的塑性变形能吸收大量的能量,从而达到缓和冲击力,被大量应用于包装、重要设备的防护及结构体内部填充以及军事工程中。因此研究蜂窝结构的吸能特点、优化蜂窝结构、提高蜂窝结构吸能能力,一直以来是一个重要的研究课题。本文对典型的正六边形蜂窝结构进行拓扑优化,然后针对优化后的蜂窝结构吸能特性展开了一系列的研究,主要工作有:（1）对典型的六角蜂窝结构进行优化,将其每条边分成两段,用150度圆心角的弧线代替;对蜂窝拓扑结构进行数字三维建模,用德国EOS激光金属打印机打印出实体,包含单个胞体和整个实体单元。对六角蜂窝结构和优化后的蜂窝拓扑结构进行面内、面外以及单个胞体轴向进行准静态压缩实验,比较两种蜂窝结构的力-位移曲线,计算两者的吸能量、吸能有效率;结果表明...
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 超轻多孔结构发展史
1.2.2 蜂窝结构吸能研究进展
1.2.3 蜂窝结构制备方法
1.3 本文研究的主要内容
2 蜂窝结构的制备与实验研究
2.1 引言
2.2 蜂窝结构设计
2.2.1 设计目标
2.2.2 设计原理
2.2.3 模型的构建
2.3 蜂窝结构制备
2.3.1 3D金属增材制造技术
2.3.2 3D打印机简介及打印流程
2.3.3 母材力学性能
2.4 蜂窝结构吸能特性研究
2.4.1 吸能特性评估指标
2.4.2 蜂窝结构压缩实验原理
2.4.3 蜂窝结构面内吸能特性比较
2.4.4 蜂窝结构面内压缩实验结果分析
2.4.5 单胞结构轴向压缩实验结果分析
2.4.6 蜂窝结构面外压缩实验结果分析
2.5 本章小结
3 蜂窝结构面内压缩吸能特性研究
3.1 引言
3.2 六角蜂窝与优化后的蜂窝对比
3.2.1 力-位移曲线对比
3.2.2 变形模式对比
3.3 速度对蜂窝结构吸能特性的影响
3.3.1 速度对吸能特性的影响
3.3.2 速度变形模式的影响
3.4 壁厚对蜂窝结构吸能特性的影响
3.4.1 壁厚对力-位移曲线的影响
3.4.2 壁厚蜂窝结构变形模式的影响
3.5 本章小结
4 单胞轴向压缩吸能特性研究
4.1 引言
4.2 正六边形与优化后结构吸能特性对比
4.2.1 力-位移曲线对比
4.2.2 变形模式的比较
4.3 速度对吸能特性的影响
4.3.1 速度对吸能特性的影响
4.3.2 速度对变形模式的影响
4.4 壁厚对吸能特性的影响
4.4.1 壁厚对吸能特性的影响
4.4.2 壁厚对变形模式的影响
4.5 本章小结
5 蜂窝结构面外压缩吸能特性研究
5.1 引言
5.2 六边形与优化后蜂窝结构对比
5.2.1 力-位移曲线对比
5.2.2 变形模式的对比
5.3 速度对蜂窝结构吸能特性研究
5.3.1 力-位移曲线
5.3.2 速度对变形模式的影响
5.4 壁厚对蜂窝结构吸能特性研究
5.4.1 力-位移曲线
5.4.2 壁厚对变形模式的影响
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 全文小结
6.2 全文研究的主要创新点
6.3 研究的局限性与展望
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金蜂窝板高温力学性能[J]. 商磊,薛启超,杨大春,邹广平,李垚. 稀有金属材料与工程. 2018(02)
[2]圆形蜂窝共面冲击力学性能[J]. 付春英,罗显洲,孙德强. 包装工程. 2016(19)
[3]胞元参数对铝蜂窝吸能特性的影响[J]. 赵辉,宋扬,黄江平. 机械设计. 2016(09)
[4]金属三维点阵结构制备技术研究进展[J]. 赵冰,李志强,侯红亮,韩秀全,廖金华,谭谆礼,白秉哲,白利硕. 稀有金属材料与工程. 2016(08)
[5]异面冲击下金属蜂窝结构平均塑性坍塌应力模型[J]. 赵国伟,白俊青,祁玉峰,陈景春. 振动与冲击. 2016(12)
[6]铝合金蜂窝结构轴向压缩吸能特性[J]. 蔡茂,高群,宗志坚. 材料科学与工程学报. 2015(05)
[7]金属蜂窝异面压缩下平均压缩应力的理论模型[J]. 罗昌杰,周安亮,刘荣强,邓宗全,李萌. 机械工程学报. 2010(18)
[8]普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩性能[J]. 井玉安,韩静涛,果世驹,宋波. 北京科技大学学报. 2007(12)
[9]OUT-OF-PLANE COMPRESSIVE PROPERTIES OF HEXAGONAL PAPER HONEYCOMBS[J]. WANG Dongmei Media and Communication School,Shenzhen Polytechnic,Shenzhen 518055,China Modern Mechanical and Packaging Institute,Southern Yangtze University,Wuxi 214122,China WANG Zhiwei Packaging Engineering Institute,Jinan University,Guangzhou 519070,China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2007(02)
[10]超轻多孔金属材料的多功能特性及应用[J]. 卢天健,何德坪,陈常青,赵长颖,方岱宁,王晓林. 力学进展. 2006(04)
硕士论文
[1]金字塔金属点阵夹芯结构的制备及力学性能研究[D]. 张蒙.哈尔滨工业大学 2014
[2]铝蜂窝静动态压缩行为研究[D]. 唐爽.中南大学 2014
[3]高强度铝蜂窝自动化组装工艺及设备的研究[D]. 刘天宝.重庆理工大学 2013
本文编号：3697866
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 超轻多孔结构发展史
1.2.2 蜂窝结构吸能研究进展
1.2.3 蜂窝结构制备方法
1.3 本文研究的主要内容
2 蜂窝结构的制备与实验研究
2.1 引言
2.2 蜂窝结构设计
2.2.1 设计目标
2.2.2 设计原理
2.2.3 模型的构建
2.3 蜂窝结构制备
2.3.1 3D金属增材制造技术
2.3.2 3D打印机简介及打印流程
2.3.3 母材力学性能
2.4 蜂窝结构吸能特性研究
2.4.1 吸能特性评估指标
2.4.2 蜂窝结构压缩实验原理
2.4.3 蜂窝结构面内吸能特性比较
2.4.4 蜂窝结构面内压缩实验结果分析
2.4.5 单胞结构轴向压缩实验结果分析
2.4.6 蜂窝结构面外压缩实验结果分析
2.5 本章小结
3 蜂窝结构面内压缩吸能特性研究
3.1 引言
3.2 六角蜂窝与优化后的蜂窝对比
3.2.1 力-位移曲线对比
3.2.2 变形模式对比
3.3 速度对蜂窝结构吸能特性的影响
3.3.1 速度对吸能特性的影响
3.3.2 速度变形模式的影响
3.4 壁厚对蜂窝结构吸能特性的影响
3.4.1 壁厚对力-位移曲线的影响
3.4.2 壁厚蜂窝结构变形模式的影响
3.5 本章小结
4 单胞轴向压缩吸能特性研究
4.1 引言
4.2 正六边形与优化后结构吸能特性对比
4.2.1 力-位移曲线对比
4.2.2 变形模式的比较
4.3 速度对吸能特性的影响
4.3.1 速度对吸能特性的影响
4.3.2 速度对变形模式的影响
4.4 壁厚对吸能特性的影响
4.4.1 壁厚对吸能特性的影响
4.4.2 壁厚对变形模式的影响
4.5 本章小结
5 蜂窝结构面外压缩吸能特性研究
5.1 引言
5.2 六边形与优化后蜂窝结构对比
5.2.1 力-位移曲线对比
5.2.2 变形模式的对比
5.3 速度对蜂窝结构吸能特性研究
5.3.1 力-位移曲线
5.3.2 速度对变形模式的影响
5.4 壁厚对蜂窝结构吸能特性研究
5.4.1 力-位移曲线
5.4.2 壁厚对变形模式的影响
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 全文小结
6.2 全文研究的主要创新点
6.3 研究的局限性与展望
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金蜂窝板高温力学性能[J]. 商磊,薛启超,杨大春,邹广平,李垚. 稀有金属材料与工程. 2018(02)
[2]圆形蜂窝共面冲击力学性能[J]. 付春英,罗显洲,孙德强. 包装工程. 2016(19)
[3]胞元参数对铝蜂窝吸能特性的影响[J]. 赵辉,宋扬,黄江平. 机械设计. 2016(09)
[4]金属三维点阵结构制备技术研究进展[J]. 赵冰,李志强,侯红亮,韩秀全,廖金华,谭谆礼,白秉哲,白利硕. 稀有金属材料与工程. 2016(08)
[5]异面冲击下金属蜂窝结构平均塑性坍塌应力模型[J]. 赵国伟,白俊青,祁玉峰,陈景春. 振动与冲击. 2016(12)
[6]铝合金蜂窝结构轴向压缩吸能特性[J]. 蔡茂,高群,宗志坚. 材料科学与工程学报. 2015(05)
[7]金属蜂窝异面压缩下平均压缩应力的理论模型[J]. 罗昌杰,周安亮,刘荣强,邓宗全,李萌. 机械工程学报. 2010(18)
[8]普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩性能[J]. 井玉安,韩静涛,果世驹,宋波. 北京科技大学学报. 2007(12)
[9]OUT-OF-PLANE COMPRESSIVE PROPERTIES OF HEXAGONAL PAPER HONEYCOMBS[J]. WANG Dongmei Media and Communication School,Shenzhen Polytechnic,Shenzhen 518055,China Modern Mechanical and Packaging Institute,Southern Yangtze University,Wuxi 214122,China WANG Zhiwei Packaging Engineering Institute,Jinan University,Guangzhou 519070,China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2007(02)
[10]超轻多孔金属材料的多功能特性及应用[J]. 卢天健,何德坪,陈常青,赵长颖,方岱宁,王晓林. 力学进展. 2006(04)
硕士论文
[1]金字塔金属点阵夹芯结构的制备及力学性能研究[D]. 张蒙.哈尔滨工业大学 2014
[2]铝蜂窝静动态压缩行为研究[D]. 唐爽.中南大学 2014
[3]高强度铝蜂窝自动化组装工艺及设备的研究[D]. 刘天宝.重庆理工大学 2013
本文编号：3697866
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/3697866.html
