功能梯度蜂窝材料的面内冲击性能研究

根据功能梯度特性的概念,建立了具有递变屈服强度梯度特性的圆形蜂窝结构数值仿真模型。在此模型的基础上详细讨论了递变屈服强度梯度和冲击速度对圆形蜂窝材料面内冲击性能的影响。研究结果表明递变梯度值对蜂窝结构的变形模式有较大影响。通过合理地选择蜂窝结构的递变屈服强度梯度值,进入被保护结构的应力值明显降低,蜂窝材料的能量吸收能力也得到有效控制。该结果能为完善屈服强度梯度蜂窝材料的研究和设计提供理论指导。     

发泡聚丙烯材料的动态力学行为研究

目的研究发泡聚丙烯材料的厚度对其冲击性能的影响。方法对4种不同厚度的发泡聚丙烯材料进行动态压缩试验,分析其接触力、最大位移、最大应变以及吸收能,研究动态条件下发泡聚丙烯材料的力学性能。结果当冲击能一定时,增加发泡聚丙烯材料的厚度,其接触力会逐渐减小,接触时间会逐渐增加;冲击能和厚度一定时,厚度与最大位移、吸收能成正比例相关,但对最大接触力和最大应变无明显影响;任意厚度的发泡聚丙烯材料,其冲击能和厚度的增加会导致其最大接触力、最大位移、最大应变、吸收能的增加。结论在研究的冲击能量和厚度范围内,吸收能不受发泡聚丙烯材料厚度的影响,由冲击能决定。     

ABAQUS前处理程序二次开发在蜂窝材料中的应用

 蜂窝材料具有独特的力学性质，其工程应用日益广泛。使用ABAQUS脚本语言开发了一系列程序，用于建立蜂窝材料的几何模型，从而大大提高建模效率，解决了包含大量单元、几何模型很复杂的蜂窝材料建模时的繁琐重复的问题。     

组合蜂窝材料面内冲击性能的研究

基于三角形和六边形蜂窝结构面内冲击性能的研究,该文探讨了面内冲击荷载作用下组合Kagome蜂窝结构的变形机制和能量吸收特性。首先,在保证蜂窝结构胞元厚度与边长尺寸比值不变的前提下,分析了不同形状胞元及其组合结构的动态冲击性能,给出了试件宏观及微观胞元结构的动态演化过程。在此基础上,探讨了冲击速度和相对密度一定情况下单位质量不同蜂窝结构的能量吸收特性。其结论将对蜂窝材料微拓扑结构的动力学优化设计提供指导。     

密度梯度蜂窝材料动力学性能研究

利用显式动力有限元方法数值研究了具有密度梯度六边形蜂窝材料的面内冲击动力学性能.根据功能梯度材料的概念,首先建立了具有密度梯度的蜂窝材料模型.基于此模型,具体讨论了密度梯度和冲击速度对六边形蜂窝材料变形模式和能量吸收性能的影响.研究结果表明,通过恰当地选择蜂窝材料的密度梯度,初始应力峰值明显减小,材料的能量吸收能力能够有效地得到控制.此结论为实现多胞材料动力学性能的多目标优化设计提供了新的设计思路.     

抗低速冲击个体防护材料的研究进展

新时代下个体防护问题越来越受到人们的关注,防护需求也呈现出平民化的趋势。根据材料适用范围和用途,分析了抗低速冲击防护材料与防弹防刺材料的区别、低速冲击概念及机理,综述了现有抗低速冲击个体防护材料的分类、制备方法以及在各领域中的应用,并对抗低速冲击个体防护材料今后的发展方向做出了展望。     

金属蜂窝材料的面内冲击响应和能量吸收特性

利用显式动力有限元法对三角形蜂窝材料在面内冲击载荷下的动力响应和能量吸收特性进行了研究。具体讨论了相对密度、冲击速度以及冲击方向对蜂窝材料变形模式、平台应力和比能量吸收能力的影响。结果表明,除了胞元的微结构特征参数(例如壁长、壁厚以及扩张角等),蜂窝材料的动力响应特性还依赖于冲击速度和冲击方向。在相对密度和冲击速度不变的前提下,试件沿Y方向冲击时表现为更高的平台应力和更强的能量吸收能力。随着冲击速度的增加,惯性效应明显,蜂窝材料的平台应力和能量吸收能力对冲击方向更敏感。将为多胞材料动力学多目标优化设计提供新的设计思路。     

树状分形结构夹芯板动态冲击特性研究

目的 探究一种新型树状分形结构夹芯板的动态冲击特性。方法 采用Ansys Workbench建立有限元模型,选用真空注型用聚氨酯(PU)弹性体材料制备1阶分形结构夹芯板试样进行动态冲击实验,验证模型可靠性;仿真分析该结构在不同分形阶数(n)下的动态冲击特性,并与常见中空型和三角型夹芯板对比。结果 模型平均误差约为7.25%;相同条件下,2阶TFS模型的比能量吸收(SEA)分别比0阶、1阶的提高了16.71%和0.23%。平均压溃力(FS)分别比0阶、1阶提高了27.76%和11.66%。与中空型夹芯板和三角型夹芯板对比,1阶分形夹芯板动态缓冲特性较优。结论 树状分形结构应用于缓冲包装中,可以表现出优良的吸能效率,为包装设计提供了一种新思路。     

集中缺陷对蜂窝材料面内动力学性能的影响

利用显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA数值研究了三角形和四边形蜂窝材料中集中缺陷对其面内冲击性能的影响.研究结果表明,对于集中缺陷,除了缺陷率,缺陷集中区域的位置也是材料设计中需要考虑的重要指标.随着缺陷率的增加,蜂窝材料的平台应力和能量吸收能力迅速降低,但随着冲击速度的增加,缺陷的影响逐渐减弱.缺陷集中区域的位...     

非线性梯度胞元分布蜂窝材料的冲击力学响应

以自然界中蜂窝材料胞元分布规律为依据,建立四种蜂窝模型,探究梯度分布规律对蜂窝材料动态力学性能的影响。运用有限元分析方法,分析不同冲击荷载下各类型蜂窝的冲压变形模式、承载能力、应变率敏感度和冲击波传播特性。分析结果表明,非线性梯度蜂窝材料的初始密实区域呈弥散分布,而非连贯型密实带;其密实过程相较于传统蜂窝材料更为均匀。胞元非线性梯度分布使蜂窝材料具有"骨架"效应,导致蜂窝材料的密实应变和平台区应力等提升10%～30%。框架梯度分布使蜂窝材料整体的应变率效应敏感度降低约50%,显著提高材料动力学性能的稳定性。     

On the Homogenization Analysis of Electromagnetic Properties for Irregular Honeycombs

Honeycombs are widely used in aerospace structures due to their low density and high specific strength. In this paper, effective electromagnetic properties of irregular honeycombs are investigated, by using the three dimensional homogenization theory and corresponding computational procedure. This homogenization method, being the extension of two-scale asymptotic approach, is employed to determine the expressions of the effective dielectric permittivity, magnetic permeability and electrical conductivity. To verify and validate the proposed model and procedure, effective permittivities of a typical irregular honeycomb are studied and compared with those of semi-empirical formulae. Moreover, the effect of geometry of honeycomb's unit cell on effective permittivities is also examined. Compared to semi-empirical estimations, the two-scale asymptotic homogenization method can be used to achieve more accurate results of effective electromagnetic properties for honeycombs in the scope of numerical modeling, and it can be also extended for estimation of effective electromagnetic tensors for various periodic composites.     

米字形填充正方形蜂窝异面平台应力

目的 研究冲击速度和结构参数对米字形填充正方形蜂窝异面平台应力的影响规律。方法 利用ANSYS/LS-DYNA建立该蜂窝可靠的基于胞元阵列的异面冲击分析有限元模型;基于简化的超折叠单元理论推导该蜂窝的准静态平台应力理论公式,理论值与仿真值相吻合验证理论公式的正确性。对不同壁厚边长比的蜂窝,在不同冲击速度下进行异面冲击仿真分析,利用LS-PrePost软件处理得到相应的接触力-位移曲线,进一步处理得到变形模式和平台应力,并以图表的形式加以展示与分析。结果 不同冲击速度下结构参数固定的蜂窝表现出LS、MS和HS等3种不同的异面冲击变形模式,从LS模式转变到MS模式再到HS模式的临界速度分别约为20 m/s和150 m/s;壁厚边长比对变形模式的影响可忽略。结论 该蜂窝动态平台应力随冲击速度(或壁厚边长比)的增加而增大,且增长速率不断提高。当其他参数固定时,LS模式和MS模式下该蜂窝的动态平台应力与冲击速度呈二次函数关系,HS模式下动态平台应力与冲击速度的平方呈线性关系;动态平台应力与壁厚边长比呈幂函数关系。基于仿真计算结果,得到了该蜂窝动态平台应力的经验表达式。     

Three-Point Bending Behavior of Foam-Filled Conventional and Auxetic 3D-Printed Honeycombs

Cellular hexagonal (conventional) and re-entrant (auxetic) honeycombs are applicable in automotive, construction, and protective engineering. Auxetic structures own excellent energy absorption and flexural behavior due to their special deformation under loading. This work explores the performance of additively manufactured polylactic acid (PLA)- and thermoplastic polyurethane (TPU)-based hexagonal and re-entrant honeycombs under flexural loading via experimental three-point bending (TPB) tests and finite-element analysis (FEA). 3D-printed conventional and auxetic cellular structures are filled with polyurethane (PU) foam and their energy absorption capacity and flexural modulus are compared with hollow structures. The results reveal that TPU-based structures’ energy absorption capacity and flexural modulus improve significantly, whereas the PLA-based structures’ performance deteriorates when filled with PU foam. Moreover, re-entrant honeycombs are better reinforced with foam in comparison to the hexagonal honeycombs, as the re-entrant's unit cell is more spacious than the hexagonal unit cell. Finally, parametric studies are performed via FEA to investigate the influence of geometric parameters of structures and flexural loading setup on the performance of the honeycombs, showing that structures with thicker struts and higher cell angle can act stiffer under TPB. The outcomes of this research indicate the promising performance of foam-filled TPU-based auxetic structures.     

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。     

圆形蜂窝结构异面冲击性能研究

目的 为了分析圆形蜂窝芯材的缓冲特性,对圆形蜂窝芯材的异面冲击性能进行深入研究.方法 考虑到试验法的局限性,利用有限元仿真模拟的方法,研究不同排列方式下(规则和交错)壁厚和冲击速度对圆形蜂窝异面冲击性能的影响,软件选用Ansys/LS-DYNA.结果 将基于阵列和特征单元的有限元模型与理论值进行对比,两者显示了一致的吻合性,证明了模型的可靠性.结论 数据分析表明,圆形蜂窝的异面平均平台应力随着冲击速度和壁厚的增加而增加.在给定冲击速度下,圆形蜂窝异面比能量吸收能力与壁厚和排列方式有关.在单元结构参数一定的情况下,交错排列的圆形蜂窝比能量吸收能力大于规则排列的圆形蜂窝;随着壁厚的增加,圆形蜂窝异面能量吸收能力会逐步增加.     

构型对正多边形蜂窝异面缓冲性能的影响

目的 利用有限元法研究应变率不敏感的双线性各向同性应变硬化正多边形（等边三角形、正方形、正六边形和正八边形）蜂窝的异面缓冲性能。方法 建立基于正多边形蜂窝特征单元的异面冲击分析有限元模型,提出最佳应变这一缓冲性能评价新指标,基于此重新定义各能量吸收评价指标,形成新缓冲性能评价方法。结果 以此获取不同相对密度的各正多边形蜂窝在不同冲击速度下的变形模式和应力-应变曲线,以及平均平台应力、比能量吸收和冲击力效率等评价指标值,并进行了分析。结论 给定相对密度下,正八边形蜂窝具有最大的异面平均平台应力;正多边形蜂窝的比能量吸收与冲击速度成二次关系;定密度的正六和八边形蜂窝的冲击力效率优于等边三角形和正方形蜂窝。     

集装箱液体包装袋有限元分析及优化设计

目的研究液袋的长度、厚度及装载不同粘度的液体对液袋撕裂行为的影响。方法利用CATIA软件,建立不同长度、厚度和装载不同粘度液体的集装箱液袋模型;基于ABAQUS软件,在静态和动态下对集装箱液袋进行模拟。结果经过模拟分析,得到了液袋的应力、应变、应变能密度和最大撕裂能。正交分析选出最佳方案后,计算出静态下最大应变为0.064 77,最大应变能密度为0.1928×10~(-3) J/mm~3,最大撕裂能为0.1868 J/mm~3;动态下最大应变为0.063 04,最大应变能密度为0.1885×10~(-3) J/mm~3,最大撕裂能为0.1828 J/mm~3。结论结晶度较低PE膜的撕裂主要与薄膜的最大撕裂能有关,通过增大液袋长度可相应降低PE层顶部的最大撕裂能,提高液袋的安全性能。动态下液袋PE层顶部的撕裂破损是液袋损坏的主要原因。     

Energy‐Absorbing Properties of Paper Honeycombs under Low and Intermediate Strain Rates

The effect of the strain rate on the mechanical behaviour and energy absorption of paper honeycombs is investigated by experiments on an environmental condition designed to simulate the actual logistic environment in most of South China. The strain rate varies from 3.3 × 10^?4 to 1.1 × 10² s^?1. The experimental results show that the load‐carrying capacity and the energy absorption performance of paper honeycombs are insensitive to the loading speed in low strain rate range (10^?4–10^?2 s^?1). However, the initial peak stress, the plateau stress and the densification strain of paper honeycombs under intermediate strain rate impact (10^?2–10² s^?1) increase with impact velocity and are obviously higher than that under static compression, thus demonstrating a certain degree of strain rate sensitivity. The restoring force due to gas compression in a confined space of hexagonal cavity contributes to the increase in dynamic plateau stress. A model is developed for the prediction of dynamic plateau stress by considering this restoring force. A good agreement between observation and prediction is obtained, indicating that the model constructed here can be used to evaluate the dynamic plateau stress for paper honeycombs. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

硬质聚氨酯泡沫塑料抗爆炸冲击作用的研究

硬质聚氨酯泡沫塑料具有刚度小、材质松散、易于吸收爆炸能量的特点。本文根据硬质聚氨酯泡沫塑料的这些性能和特点,结合军事工程的要求,介绍了硬质聚氨酯泡沫塑料在在抗爆、隔爆方面的应用情况。通过一个简化的防护工事的抗爆性能分析,说明硬质聚氨酯泡沫塑料具有良好的抗爆、隔爆性能,非常适合于防护工程的应用。