加强型蜂窝准静态压缩应力的理论、数值模拟及试验研究

为拓宽加强型蜂窝应用,研究其力学性能与结构参数的关系。首先,分析加强型蜂窝的结构,提取Y型胞元,以此为基础分析塑性铰单元。然后,将简化超折叠理论应用到Y型胞元结构折叠变形吸能分析,并分别利用基于屈雷斯佳和米塞斯屈服准则,推导蜂窝异面方向准静态平台应力理论模型。再次,选用壁厚为0.15 mm、边长为2.5 mm的铝合金5052H18,通过Ls-Dyna建立蜂窝仿真模型,获得平均应力,并将理论值与仿真值进行对比。结果表明,2种屈服准则下,理论值与仿真结果相关性为0.96,偏差在-12.16%～3.60%。最后,对普通型和“4+1”型蜂窝制样进行准静态压缩测试,结果表明,2种规格理论强度与实际测试强度偏差在-2.51%～1.56%。说明理论计算式正确,可为加强型蜂窝选型提供有效的设计依据,为工程应用提供一定的指导价值。     

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.     

基于多折叠单元理论的蜂窝纸板面外压缩数值模拟

通过原纸拉伸试验获取蜂窝纸板的材料参数，建立蜂窝纸板的有限元简化模型(Y单元模型),采用有限元方法对该模型进行准静态加速压缩模拟，并与蜂窝纸板的面外准静态压缩试验结果进行对比；采用该模拟方法研究蜂窝孔边长、纸板厚度和胞壁厚度对Y单元折叠模式的影响。结果表明：Y单元模型经准静态加速压缩模拟得到的形貌与试验结果相吻合，压缩应力-应变曲线中平台应力的模拟结果与试验结果的相对误差为3.87%,验证了该模型的可靠性；不同规格的Y单元模型在压缩后共出现3种折叠模式，蜂窝孔边长和纸板厚度是影响Y单元折叠模式的2个关键因素。1/2蜂窝孔边长与一次折叠褶皱波长的比值会影响Y单元的一次折叠模式，而双层胞壁与单层胞壁的厚度差是导致多折叠模式发生的主要原因。     

约束状态下铝蜂窝异面压缩动态响应研究

以小尺寸铝蜂窝为研究对象,利用非线性有限元数值模拟方法,重点研究了约束状态下的响应特性,对比分析了自由状态与约束状态下的异面压缩动态响应。通过仿真结果与理论对比,证明了基于有限元方法研究铝蜂窝异面压缩动态响应的可行性和有效性。研究结果表明:周向约束能显著改善铝蜂窝的变形模式和响应特性;铝蜂窝结构在中低速条件下对压缩速度和加载方式不敏感;初始接触峰值载荷仅与厚跨比线性相关;对相同胞元尺寸的铝蜂窝,峰值载荷、平台载荷、比载荷、吸能量、质量比吸能均与厚跨比呈幂次关系,可由此设计响应理想的铝蜂窝;吸能量-载荷曲线肩点反映了铝蜂窝的最佳设计点,其线性拟合关系对工程应用很有参考价值。     

蜂窝铝异面压缩变形的有限元分析

考虑蜂窝铝结构细部特征,建立了基于壳单元的有限元模型,利用壳单元模型研究了蜂窝铝的异面压缩特性,验证了蜂窝铝壳单元模型的有效性。利用PAM-CRASH材料库中的41号材料建立蜂窝铝实体有限元模型,由壳单元模型推导计算材料本构关系中的各项参数。对蜂窝铝实体单元模型进行分析,通过将壳单元与实体单元模型进行对比,获得了应力-应变曲线和能量吸收曲线,发现可以利用实体单元模型替代壳单元模型,进行蜂窝铝异面压缩变形的有限元分析。仿真计算结果表明,相较于考虑蜂窝铝结构细部特征的壳单元模型,蜂窝铝实体单元模型计算规模更小,能够大幅缩短计算时间,提高计算效率。     

纸蜂窝压缩密实化应变评估

分析纸蜂窝压缩密实化应变对纸蜂窝吸能特性评估的重要性,引入纸蜂窝压缩瞬时相对密度的概念,从理论上建立纸蜂窝压缩密实化应变评估方程,并做了不同结构参数的纸蜂窝准静态压缩试验,试验结果表明纸蜂窝胞壁厚度、边长和纸蜂窝的拉伸率等结构因素对压缩密实化应变均有一定的影响:纸蜂窝压缩密实化应变随胞壁的厚度δ的增大而减小;随蜂窝胞元边长ι的增大而增大:随蜂窝胞壁厚跨比δ/ι的增大而减小;随其拉伸率γ的增大,先增大后减小,在拉伸率为1时,其压缩密实化应变达最大值;纸蜂窝结构因素对其压缩密实化应变的影响与文中的理论公式是相符的,纸蜂窝的密实化应变与其相对密度近似呈反比例关系,当纸蜂窝的瞬时相对密度为0.39左右时,纸蜂窝压缩趋于密实化.将该评估方程用于五层瓦楞纸板的压缩密实化过程评估表明它也可用于其他结构形式纸蜂窝材料的压缩密实化应变评估,具有一定的普适性.     

蜂窝纸板冲击压缩的试验研究和有限元分析

环境湿度和几何参数对蜂窝纸板的力学性能具有重要影响。应用试验方法和有限元技术研究和分析蜂窝纸板的动态冲击压缩过程,研究不同湿度下不同厚跨比的蜂窝纸板的冲击承载能力和能量吸收能力。单层瓦楞原纸和双层蜂窝胞壁的弹性模量和屈服强度均随湿度的增加呈指数下降,纸管胶粘合后的双层蜂窝胞壁的弹性模量和屈服强度明显高于单层瓦楞原纸。试验和有限元分析均显示蜂窝纸板冲击压缩过程与金属蜂窝板冲击压溃过程类似,是一个从顶部到底部的渐进规律叠缩压溃过程。当环境湿度增加和厚跨比减少时,蜂窝纸板冲击压缩时的初始峰值应力、平台应力和吸能性能均明显下降。给出的不同环境湿度下不同厚跨比的蜂窝纸板冲击压缩能量吸收曲线对产品缓冲包装设计有重要的参考价值。     

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...     

基于Pamcrash的蜂窝铝异面压缩仿真与验证

为了得到与实验一致性较好的蜂窝铝有限元模型,利用Hypermesh和Pamcrash软件联合仿真,以软件材料库中105号壳单元为基础,建立了蜂窝铝模型,模拟蜂窝铝异面匀速压缩过程;通对比触发力、平台力、吸能量和压实应变,验证仿真模型。对比结果表明,仿真模型与实验试件的主要变形模式相同,仿真数据与实验数据吻合。在考察蜂窝铝异面压缩吸能能力的情况下,所建立的蜂窝铝有限元模型能够代替实验试件,进行研究与设计。     

钢蜂窝夹芯结构的准静态压缩吸能特性

利用MTS810型材料试验机对Q215钢蜂窝夹芯结构进行了准静态压缩试验,分析了其结构参数对抗压强度和比吸能值的影响.结果表明:Q215钢蜂窝夹芯结构具有良好的吸能特性,比吸能值达到5～38 kJ·kg-1;沿x,Y方向压缩时,抗压强度和比吸能值均随面板厚度与夹芯厚度比的增加而增大;沿x方向压缩时,抗压强度和比吸能值均随胞壁厚度与胞壁边长比的增加而增大.