多胞材料及其胞元的冲击动力学特性研究

发布时间：2016-12-22 00:15

  本文关键词：多胞材料及其胞元的冲击动力学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北京交通大学》 2015年

多胞材料及其胞元的冲击动力学特性研究

吴鹤翔  

【摘要】：作为一种理想的能量吸收材料,多胞材料在不同工程领域中得到广泛应用。如何实现多胞材料的多目标优化设计成为了学术研究的前沿问题之一。目前,对多胞材料的力学性能已经有了基本把握,但是由于其自身的结构特点,一些涉及多胞材料,甚至基本胞元变形特征的问题还有待于进一步澄清。由于实验条件的局限性,本论文借助计算力学的优势,结合实验结果相互验证,从多胞材料胞元力学响应特性出发,建立了胞元和多胞材料的计算模型,研究了多胞材料及其胞元的冲击动力学特性。本文的主要研究结果如下： (1)基于数值模拟和实验验证相结合的方法,研究了圆管在两刚性板侧向压缩下的变形特性。详细分析了理想弹塑性和线性强化弹塑性圆管在大变形压缩过程中,塑性铰在圆管横截面内的形成和传播过程,澄清了塑性铰的产生及演化规律。在此基础上,给出了侧向压缩条件下,圆管的荷载与相对压缩量之间的显式代数方程。和已有实验结果比较表明,本文给出的理论方程可以很好的预测圆管在侧向压缩变形过程中的力学特性,且因其为代数方程,更易于在工程中应用。 (2)采用有限元数值模拟方法,研究了Ⅰ型—Ⅱ型组合结构带肋圆管在刚性板侧向压缩作用下的力学特性。建立了带肋圆管在刚性板侧向压缩作用下的有限元模型,研究了带肋圆管的变形模式,力学响应和能量吸收特性。根据带肋圆管中圆管与肋板之间的几何变形关系给出了肋板与对称轴之间的临界夹角。基于不同临界夹角给出了不同情况下,带肋圆管在刚性板侧向压缩作用下荷载—相对位移关系的理论方程。计算结果表明Ⅰ型—Ⅱ型组合结构可以修正Ⅰ型或Ⅱ型单一结构的缺点,更好地控制响应过程。 (3)基于功能梯度的概念,建立了二维密度梯度圆环蜂窝材料和三维密度梯度金属空心球泡沫模型,并对其动力学特性进行了研究。在相对密度一定的情况下,对比分析了密度梯度多胞材料和均匀多胞材料的动力学响应特性。基于一维冲击波理论,结合数值模拟,给出了梯度多胞材料平台应力的半经验公式。讨论了点阵结构对金属空心球泡沫力学性能的影响。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB301
【目录】：

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  本文关键词：多胞材料及其胞元的冲击动力学特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

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