负泊松比蜂窝动态压溃行为的有限元模拟

采用有限元数值模拟方法,研究了负泊松比蜂窝在不同冲击速度下的变形模式和能量吸收等动力学响应特性。数值模拟结果表明,在动态冲击下,负泊松比行为的产生机制与静态加载下一致,仍为孔壁的内凹和旋转,同时解释了交错排布的三角形和正方形蜂窝在中低速冲击下所表现出的缩颈现象。此外,数值模拟结果还使我们对二维负泊松比多孔材料的动态力学性能和能量吸收性能有了一定的认识,也为进一步研究三维负泊松比泡沫材料的冲击行为奠定了基础。     

负泊松比基元蜂窝结构研究

以传统凹角六边形负泊松比结构为主要参考对象,通过拓扑优化得到较为完整的负泊松比基元优化构型,并基于该构型建立了6种基元几何模型.探讨了不同蜂窝排列方式下的蜂窝结构性能差异,选取合适的排列方式对6种基元建立的蜂窝结构进行了冲击仿真研究.以吸能量、比吸能、峰值碰撞力及结构等效泊松比为评价指标,对比分析了不同基元蜂窝结构的结构性能,筛选出综合性能最优的基元结构.选取汽车前端结构,将传统凹角六边形结构及最优基元结构进行三维排列组合填充入吸能盒内,进行了汽车前端碰撞应用对比.结果表明基于拓扑优化的各基元结构在吸能效果及承载能力上皆高于传统凹角六边形结构,选取的最优基元结构在汽车前端碰撞应用中具有更好的吸能效果及负泊松比特性,其压溃距离大大降低.     

胞元尺寸对六边形聚氨酯蜂窝结构泊松比和吸收能量的影响

采用有限元模型对热塑性聚氨酯弹性体蜂窝结构的压缩过程进行了模拟,并用试验进行验证.采用该模型研究了胞元凹角、宽度和壁厚对蜂窝结构泊松比和吸收能量的影响.结果表明:该模型能较准确地模拟蜂窝结构的压缩过程,试验和模拟峰值应力的相对误差在10％以内;凹角为负时,蜂窝结构具有负泊松比性质,其吸收能量较凹角为正的蜂窝结构的大;胞...     

负泊松比蜂窝结构胞元几何参数影响研究

针对某负泊松比蜂窝结构的胞元弧夹角、连杆长、外厚度、厚度比及长高比五个几何参数进行了影响研究.采用均匀试验设计方法,得到吸能量、比吸能、峰值碰撞力及等效泊松比四种评价指标关于各几何参数的拟合方程;在此基础上进行多目标优化设计,选取合适的胞元几何参数值.结果 表明胞元弧夹角、连杆长对蜂窝结构的比吸能影响较大,外厚度及厚度比对结构峰值碰撞力及吸能量影响较大,而等应变下外厚度对结构等效泊松比基本无影响,长高比对结构的吸能量及等效泊松比影响较大.综合选取的优化尺寸比原尺寸具有更高的吸能防护抗冲击效果,碰撞力远低于原尺寸模型且更加平稳.     

负泊松比蜂窝抗冲击性能分析

对一种新型蜂窝结构-负泊松比多凹角蜂窝及凹角蜂窝的面内抗冲击性能进行了系统分析。首先利用有限元软件Ansys/LS-DYNA分析了多凹角蜂窝及凹角蜂窝结构在不同速度冲击荷载作用下的变形模态,揭示了凹角蜂窝结构特有的负泊松比效应对提高其抗冲击强度的作用机制;随后根据经典理论模型,得出凹角蜂窝结构动力学强度的经验公式,与有限元结果的对比分析验证了所得理论经验公式的有效性,同时凹角蜂窝较传统正六边形蜂窝结构更高的动力学强度揭示了凹角蜂窝结构更优的吸能效果。     

负泊松比可变弧角曲边内凹蜂窝结构的力学性能

在环形蜂窝结构的基础上,提出了一种具有负泊松比效应的可变弧角曲边内凹蜂窝结构。分析了刚架结构的弯曲内力,利用能量法给出了曲边内凹蜂窝结构的横/纵向等效弹性模量和等效泊松比的解析公式。当弧角为180°时,所提出的曲边内凹蜂窝结构可退化为已有的环形蜂窝结构。所得解析解、已有理论解和有限元结果三者有较好的吻合度,表明了所提出方法的有效性。基于所得解析解讨论了微结构几何参数对等效弹性模量和等效泊松比的影响,研究结果表明：等效弹性模量受弧角的影响显著;等效泊松比受弧角、竖直壁板长度和两竖直壁板间宽度的影响较为明显,而受连接部分长度的影响不明显。     

负泊松比蜂窝芯非线性等效弹性模量研究

设计并加工了一种负泊松比蜂窝结构,采用柔性悬臂梁模型,对蜂窝壁板大变形条件下的弯曲变形进行分析,给出了蜂窝芯面内等效弹性模量理论计算公式。通过有限元仿真和力学实验的对比分析,验证了非线性理论计算公式的正确性。得出了等效弹性模量的非线性特性及相同方向和不同方向弹性模量的变化特性。研究结果为柔性蜂窝芯层的工程实用化提供了参考。     

分层梯变负泊松比蜂窝结构的面内冲击动力学分析

研究了一种分层梯变负泊松比蜂窝结构,对提出的分层梯变蜂窝结构的相对密度进行了推导,对能量吸收的相关概念进行了阐述。采用ABAQUS建立了有限元模型,并对蜂窝结构面内冲击动力学进行了数值模拟。对分层梯变蜂窝结构在不同冲击速度下的变形模式进行了研究,研究了蜂窝结构在不同冲击速度下的动力学响应情况,最后对蜂窝结构的能量吸收情况进行了分析。研究结果表明,所提出的分层梯变蜂窝结构相对于传统的负泊松比蜂窝结构,具有更低的初始峰值应力。改变分层梯变蜂窝结构的冲击端,其变形模式具有明显的不同,能量吸收能力也发生了较为明显的变化,研究结果可为后续的分层密度梯变负泊松比蜂窝结构的性能设计提供参考。     

负泊松比柔性蜂窝结构在变体机翼中的应用

提出一种负泊松比柔性蜂窝结构,建立了柔性蜂窝蒙皮结构的力学分析模型,研究了柔性蜂窝结构参数对面内变形能力和面外承载能力的影响,并对结果进行了有限元仿真分析与试验验证。试验结果表明,负泊松比蜂窝结构具有较大的面内变形能力,其结构变形具有特殊的拉涨特性,采用负泊松比柔性蜂窝结构的变体机翼具有改善无人机起降性能的潜力。     

负泊松比曲边内凹蜂窝结构的面内冲击动力学数值研究

利用数值方法研究了具有负泊松比效应的可变弧角曲边内凹蜂窝结构的面内冲击动力学性能,讨论了冲击速度和弧角对曲边内凹蜂窝结构的变形模式与吸能能力的影响。研究结果表明:改变冲击速度和弧角的大小会影响曲边内凹蜂窝结构的变形失效模式;当冲击速度较高时,蜂窝结构内的应力波动范围较大,结构的体能量吸收值随弧角的增大逐渐增大;当冲击速度较低时则不存在上述现象。当弧角大于120°时,曲边内凹蜂窝结构具有负泊松比效应,该结构的吸能能力高于其他弧角所对应的正泊松比蜂窝结构的吸能能力,该现象与冲击速度无关。     

弧边负泊松比结构试验与应用研究

以某弧边负泊松比结构为研究对象,进行静态压缩试验,对比分析试验与仿真的变形及载荷数据,试验与仿真承载力峰值误差小,整体变形形式一致,模型可靠。基于该结构建立填充芯,填充于某小型电动汽车前端结构,进行正面碰撞应用研究。通过B柱加速度、吸能量、前端压溃量、驾驶室侵入量等参数对比分析该负泊松比结构在纵梁前端、后端两种填充方式的差异;比较其与传统结构在后填充方式下耐碰撞效果的优劣。结果表明,纵梁后填充方式较前填充方式具有更加优越的耐撞应用效果,弧边负泊松比结构后端填充后,较传统结构可以在得到较低的加速度峰值的同时具有更少的驾驶室侵入量。     

光固化光敏树脂蜂窝结构试样动态力学行为及本构模型

为明确光固化成型技术制备的蜂窝状结构光敏树脂材料的力学性能,使用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆实验装置对原始实心试样和不同胞元直径的圆形蜂窝结构试样进行不同应变率的力学性能测试.结果表明:光敏树脂的弹性模量和屈服极限随应变率的增加而增加.低应变率下,光敏树脂达到屈服极限后出现了应变软化和应变硬化现象,体现出光敏树脂...     

负泊松比星型周期格栅结构的振动带隙特性

基于声子晶体的能带结构理论,结合弹性波动方程与Bloch定理建立结构单胞的动力学方程,研究负泊松比星型周期格栅结构的面内纵向振动与面外弯曲振动的带隙特性,发现其存在丰富的禁带特性,且在较低频率范围内存在稳定的宽大带隙。对比了2种振动模式的能带结构,研究了内凹夹角、长细比等几何参数对结构等效弹性参数与带隙特性的影响,并分析了带隙频率处单胞的振动模态。研究结果表明：星型格栅中存在2种振动都被抑制的完全带隙;内凹夹角和斜梁的几何参数是影响低阶带隙的关键;旋转共振模态的出现导致最低带隙处简并态的打开。星型周期格栅结构的这些带隙特性使其在工程减振降噪中具有潜在的价值。     

壁面开孔蜂窝结构异面压缩的力学性能研究

为探讨壁面开孔蜂窝在准静态异面压缩下的平均压缩应力,基于简化的超折叠单元理论,以开孔"Y"型单胞为研究对象,推导了壁面开孔蜂窝结构的平均压缩应力计算式.通过建立不同孔边比的有限元模型,研究了平均压缩应力计算式中延展面积的影响因子,在尺度因子为1的情况下,延展面积影响因子与孔边比成线性关系.通过对具有不同厚边比的壁面开孔蜂窝平均压缩应力的数值计算,验证了理论计算式的准确性,并探讨了孔形状和尺度因子对平均压缩应力的影响.结果表明,壁面开孔蜂窝结构的平均压缩应力主要受绞线的变化及延展面积的影响,平均压缩应力随孔边比的增大而减小,当尺度因子增大时,其延展面积会减小,与尺度因子为1时相比,当尺度因子增大到使压缩过程较稳定时,平均压缩应力下降40％左右.