蜂窝铝的面内动态冲击有限元研究

目的研究双壁厚蜂窝铝的面内动态冲击力学行为。方法利用Ansys/LS-DYNA有限元软件,建立双壁厚蜂窝铝有限元模型,分析蜂窝铝壁厚和冲击速度对蜂窝铝面内变形模式和平台应力的影响。结果随着冲击速度的增大,在蜂窝铝的压缩方向上观测到3种变形模式,获得了变形模式转换的临界速度,并给出了临界速度与厚跨比的关系式。计算了不同冲击速度和厚跨比下蜂窝铝的平台应力。结论变形模式对平台应力有很大的影响,不同的变形模式下呈现不同的规律:准静态模式时,平台应力与冲击速度无关;过渡模式和冲击模式时,平台应力随着冲击速度v的增大而增大,分别与v 1.5和v2成线性关系。根据有限元结果,拟合得到了不同的变形模式下平台应力与冲击速度的经验公式。     

工字梁型蜂窝芯材共面冲击性能的有限元模拟

目的研究双壁厚工字梁型金属蜂窝芯材的共面冲击性能。方法借助有限元软件Ansys/LSDYNA,建立工字梁型蜂窝芯材的有限元模型,并进行CAE分析。结果在不同冲击速度下,工字梁型蜂窝芯材表现出不同的变形模式。当工字梁型金属蜂窝芯材的其他结构参数固定时,其共面动态峰应力与冲击速度的平方成线性关系;当冲击速度一定时,其共面动态峰应力与壁厚边长比成幂指数关系。同时,拟合得到了工字梁型金属蜂窝芯材共面动态峰应力关于壁厚边长比和冲击速度的经验计算公式。结论工字梁型蜂窝具有优良的结构和吸能能力,研究工字梁型蜂窝的冲击性能具有重要的科学研究和工程应用价值。     

正方形金属蜂窝材料共面力学性能的仿真分析

建立了正方形金属蜂窝铝芯13×8的蜂窝单元阵列有限元分析模型,研究了正方形金属蜂窝在共面压缩载荷作用下的变形形态,并分析了速度在3～250m/s时,正方形金属蜂窝铝芯的共面力学性能与其结构参数和速度之间的关系.当结构参数固定时,正方形金属蜂窝铝芯的峰应力与速度的平方成线性关系,而当速度固定时,峰应力与壁厚边长比成幂指数关系.     

规则排列圆形蜂窝共面对角线方向缓冲性能的研究

目的 研究冲击速度和结构参数对规则排列圆形蜂窝共面对角线方向缓冲性能的影响规律。方法 使用有限元分析软件ANSYS/LS−DYNA建立规则排列圆形蜂窝共面对角线方向动态冲击有限元模型,基于此模型进行参数化仿真模拟,得到不同冲击速度和结构参数下规则排列圆形蜂窝共面对角线方向的变形模式、密实化应变、平台应力和能量吸收特征,并以图表的形式呈现。结果 在共面对角线方向的不同冲击速度下,规则排列圆形蜂窝表现出不同的变形模式。密实化应变在低速和高速冲击下,只与壁厚半径比有关;在中速冲击下,密实化应变同时受冲击速度和壁厚半径比的影响。在给定壁厚半径比下,共面平台应力(或最佳单位体积能量吸收)与冲击速度的平方呈线性关系;在给定冲击速度下,共面平台应力(或最佳单位体积能量吸收)与壁厚半径比呈幂指函数关系。结论 并基于有限元计算结果,得到了动态密实化应变、平台应力和单位体积能量吸收的经验表达式。     

多层规则排列圆形铝蜂窝共面缓冲优化

目的在不同速度的共面冲击载荷条件下,实现多层规则排列圆形铝蜂窝缓冲性能的优化。方法建立有限元分析模型以得到缓冲力学参数,并通过简化的能量吸收模型来评估其缓冲性能。结果多层规则排列圆形铝蜂窝缓冲性能与动态峰应力和动态密实化应变有关,是由冲击速度、变形模式和相关结构参数共同决定的。结论通过数值结果分析,得到模型变形的临界速度、动态密实化应变和动态峰应力的经验公式,并详细地介绍了可行的缓冲优化方法。     

正方形蜂窝芯材共面冲击力学性能

目的研究正方形蜂窝芯材在共面冲击载荷作用下的力学行为。方法借助于有限元软件ANSYS/LSDYNA,建立了相应基于单元阵列的有限元模拟和分析方法。结果随着冲击速度的增加,正方形蜂窝表现为不同的变形模式,其冲击响应的力-位移曲线包含了具有明显不同特征的4个阶段,对于给定结构参数的正方形蜂窝样品,在不同冲击速度下会呈现出不同的变形模式。计算出了不同冲击速度下不同壁厚边长比的正方形蜂窝芯材的动态峰应力。结论正方形蜂窝芯材的动态峰应力,是其静态峰应力和因惯量引起的峰应力增量之和;静态峰应力与正方形蜂窝芯材的相对密度成正比,峰应力增量与冲击速度的平方成正比,而相对密度又取决于壁厚边长比。最后拟合得到了动态峰应力关于壁厚边长比和冲击速度的经验公式。     

斜方形蜂窝共面冲击力学行为

目的在不同速度的共面冲击载荷条件下,获取不同壁厚边长比的斜方形蜂窝芯材的动态性能力学参数。方法建立有限元分析模型以及简化的能量吸收模型,以评估斜方形蜂窝芯材共面方向上的力学性能。结果在冲击速度从低到高逐渐增大的过程中,局部坍塌、"V"字形过渡和"一"字形坍塌等变形模式先后出现,对其进行了详细的描述和展示。结论在不同壁厚边长比下,当其余结构参数固定时,动态峰应力与冲击速度的平方成线性关系;在不同冲击速度下,其余参数固定时,动态峰应力与壁厚边长比成幂指数关系。通过对数值结果的物理分析和讨论,提出了关于冲击速度与动态峰应力的关系的经验公式。     

圆形金属蜂窝芯材冲击性能的有限元分析

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对12×8圆形金属蜂窝芯材的共面冲击过程进行模拟,得出了圆形金属蜂窝芯材不同冲击速度下的多种变形模式及其动态峰应力的值.从结果可以看出:在共面冲击下,其动态峰应力和冲击速度之间是二次线性关系.这与试验的结果是相一致的.     

六边形蜂窝芯材异面冲击性能的有限元研究

建立了六边形蜂窝单元阵列的有限元模型,利用有限元分析软件分析研究了六边形金属蜂窝的异面冲击性能。当六边形蜂窝铝芯的各结构参数固定时,在不同的冲击速度下,研究了壁厚边长比对其异面冲击动态峰应力的影响规律。根据有限元模拟计算结果,给出了所用六边形蜂窝铝芯样品异面动态峰应力的计算公式。     

梯度铝蜂窝夹芯板的力学行为

梯度分层铝合金蜂窝板是一种有效的吸能结构,本工作在梯度铝蜂窝结构的基础上根据梯度率的概念,通过改变蜂窝芯层的胞壁长度,设计了4种质量相同、梯度率不同的铝蜂窝夹芯结构。通过准静态压缩实验,并结合非线性有限元模拟准静态及冲击态下梯度铝蜂窝夹芯结构的变形情况及其力学性能,分析对比了相同质量下梯度铝蜂窝夹芯结构在准静态下的变形模式以及冲击载荷下分层均质蜂窝结构和不同梯度率的分层梯度蜂窝结构的动态响应和能量吸收特性。结果表明:在准静态压缩过程中,铝蜂窝梯度夹芯板的变形具有明显的局部化特征,蜂窝芯的变形为低密度优先变形直至密实,层级之间的密实化应变差随芯层密度的增大而逐渐减小;在高速冲击下,梯度蜂窝板并非严格按照准静态过程中逐级变形直至密实,而是在锤头冲击惯性及芯层密度的相互作用下整体发生的线弹性变形、弹性屈曲、塑性坍塌及密实化;另外,在本工作所设计的梯度率中,当梯度率为γ₁=0.0276时,梯度蜂窝夹芯板的吸能性达到最好,相较于同等质量下的均质蜂窝夹芯板,能量吸收提高了10.63%。