【摘要】：由于六邊形蜂窩結構具有一系列優(yōu)良特性且應用廣泛,有必要對其進行全面了解,實際應用中常常被設計成面外和面內兩個方向承受載荷,且多胞材料的性能與尺寸有很大相關性,尤其是面內胞元個數(shù)的改變對結構力學性能的影響需要進一步細化研究。因此,面內尺寸的改變在面內壓縮時對試件力學參數(shù)的影響作為本文主要研究內容。在面內壓縮中,無尺寸效應影響情況下,應變率對變形模態(tài)以及力學性能的影響也是我們關心的重點。本文通過試驗及數(shù)值模擬研究了面內壓縮時面內尺寸效應對試件力學性能的影響,以及不同應變率對變形模態(tài)和力學性能的影響:通過英斯特朗材料試驗機對3種相對密度、6種面內尺寸共計18種六邊形鋁蜂窩塊體試件,分別從x1和x2方向進行面內單軸壓縮實驗,發(fā)現(xiàn)不同面內尺寸、不同密度蜂窩鋁試件在面內單軸壓縮過程中變形模式相同,都為逐層周期性疊加直到壓實。對于力學性能方面,三種密度蜂窩鋁試件的密實化應變均沒有對面內尺寸表現(xiàn)出明顯的尺寸效應,可以認為密實化應變是一個穩(wěn)定的力學參數(shù);而宏觀剛度在x1和x2方向壓縮時都表現(xiàn)出了對面內尺寸的敏感性,并隨著試件尺寸的增加而增大直到N×N=9×9時趨于穩(wěn)定;相對密度較小(t/D=0.016)的試件平臺應力隨著面內尺寸的增加而增大直到n×n=11×11時趨于穩(wěn)定,而對于t/d=0.026和0.02兩種試件的平臺應力對于試件尺寸并不敏感;最后引入薄弱邊界層理論合理解釋了試件剛度在相對密度較小的情況下對面內尺寸減小變得更為敏感的原因,通過理論公式推導和實驗數(shù)據(jù)對比驗證了引用合理性;總之,在面內受力的蜂窩材料使用中,為得到不受面內尺寸效應影響的具有穩(wěn)定力學參數(shù)的材料,應該選擇胞元尺寸至少為n×n=11×11。然后采用abaqus有限元軟件,分別從x1和x2方向進行面內準靜態(tài)單軸壓縮數(shù)值模擬,分析變形模態(tài)以及平臺應力和密實化應變受面內尺寸效應的影響。結果與實驗相同,進而驗證了模型的可靠性。由上面對模型可靠性分析作為保障,采用abaqus有限元軟件,為不受尺寸效應影響,建立相對密度t/d=0.016胞元尺寸為n×n=11×11的蜂窩鋁材料模型,分別進行從x1和x2方向進行面內準靜態(tài)單軸壓縮數(shù)值模擬。發(fā)現(xiàn)不同應變率對變形模態(tài)有明顯影響,在x1方向準靜態(tài)及中等應變率壓縮時試件橫向對稱軸附近胞元壁相互接觸呈“一”字型逐層疊加,直至試件完全密實化。x2方向準靜態(tài)及中等應變率壓縮時試件中心區(qū)域發(fā)生塑性變形,胞元以非對稱剪切變形模型破壞,然后胞壁呈三角形疊加并擠壓相鄰胞元,隨著進一步壓縮逐層塑性疊加直至完全密實化。高應變率時,兩方向變形模態(tài)轉變?yōu)闆_擊變形,慣性效應明顯,上承載面隨著壓板的加載向下“i”型逐層疊加密實化。x1及x2方向壓縮時應變率由準靜態(tài)到低動態(tài)再到沖擊狀態(tài)下的平臺應力均呈明顯上升趨勢,表現(xiàn)出較強應變率敏感性;而在x2方向壓縮中密實化應變只在應變率達到500前有較小幅度的上升,之后在0.8附近波動,x1方向壓縮時密實化應變沒有隨應變率的增加而變化,而是在0.85附近波動。所以蜂窩鋁材料為應變率敏感材料。
[Abstract]:Because hexagonal honeycomb structures have a series of excellent characteristics and are widely used, it is necessary to have a comprehensive understanding of them. In practical applications, they are often designed to bear loads in both out-of-plane and in-plane directions, and the properties of polycellular materials are highly correlated with the size, especially the effect of the number of in-plane cells on the mechanical properties of structures. Therefore, the effect of in-plane dimension change on mechanical parameters of specimens during in-plane compression is the main content of this paper. In in-plane compression, the effect of strain rate on deformation mode and mechanical properties is also the focus of our attention without the influence of size effect. The effect of in-plane dimension on the mechanical properties of specimens under in-plane compression and the effect of different strain rates on the deformation modes and mechanical properties were investigated. The deformation modes of honeycomb aluminum specimens with different in-plane sizes and densities are the same during in-plane uniaxial compression, which are periodically superimposed layer by layer until compaction. The macro-stiffness is sensitive to the in-plane dimension when the specimen is compressed in the directions of x_1 and x_2, and tends to be stable when the specimen size increases until N N = 9 9, and the plateau stress of the specimen with smaller relative density (t/D = 0.016) increases with the in-plane dimension until n n = 11 11. The platform stress of t/d=0.026 and 0.02 specimens is not sensitive to the size of the specimens. Finally, the weak boundary layer theory is introduced to explain the reason why the stiffness of the specimens becomes more sensitive to the reduction of the in-plane size when the relative density is small. In the use of honeycomb materials subjected to in-plane force, in order to obtain materials with stable mechanical parameters which are not affected by in-plane size effect, the cell size should be at least n*n=11*11. Then the in-plane quasi-static uniaxial compression numerical simulation should be carried out by using ABAQUS finite element software from x_1 and x_2 directions, respectively, to analyze deformation modes and platform stress. The results are the same as those of the experiments, which verify the reliability of the model. Based on the above reliability analysis and ABAQUS finite element software, a honeycomb aluminum material model with relative density t/d=0.016 and cell size n*n=11*11 is established to avoid the influence of size effect. In-plane quasi-static uniaxial compression was numerically simulated in the directions of x_1 and x_2. It was found that different strain rates have obvious effects on the deformation modes. Under quasi-static and moderate strain rate compression in the direction of x_1, the cell walls near the transverse symmetric axis of the specimen were stacked layer by layer until the specimen was fully compacted. When the strain rate is high, the deformation modes of the two directions change to impact deformation, and the inertia effect is obvious, and the upper bearing surface is obvious. The strain rate increases obviously from quasi-static state to low dynamic state and then to impact state, showing a strong strain rate sensitivity, while the compacted strain increases only slightly before the strain rate reaches 500 in the direction of x2 compression. Then it fluctuates around 0.8, and the densification strain does not change with the increase of strain rate, but fluctuates around 0.85. So honeycomb aluminum is a strain rate sensitive material.
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.4

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本文編號：2211567