針對(duì)當(dāng)前鋁蜂窩材料在共面緩沖性能方面的不足,基于已有的內(nèi)凹六邊形蜂窩和Miura折紙單元,提出了一種改進(jìn)型內(nèi)凹六邊形蜂窩材料。利用有限元軟件,建立了3種有限元模型并進(jìn)行了共面和異面方向的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮模擬,獲得了3種模型在2種工況條件下的變形模式和表征緩沖性能的平臺(tái)應(yīng)力值�；谒岱涓C材料,設(shè)計(jì)了一種折紙型二級(jí)緩沖結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了有限元分析。分析表明,提出的改進(jìn)型內(nèi)凹六邊形蜂窩具有三維負(fù)泊松比特性,該性能使蜂窩在共面壓縮時(shí)具有更高的平臺(tái)應(yīng)力;二級(jí)緩沖結(jié)構(gòu)滿足飛行器在正常著陸工況和特殊嚴(yán)苛著陸工況的不同緩沖性能要求。 

【文章來(lái)源】：載人航天. 2020,26(01)北大核心CSCD

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Miura折紙單元

圖1 Miura折紙單元相比Miura超材料而言,目前被廣泛研究和采用的負(fù)泊松比材料為內(nèi)凹型蜂窩,如內(nèi)凹六邊形蜂窩。此類蜂窩在面內(nèi)受壓時(shí)體現(xiàn)出內(nèi)凹變形機(jī)制,如圖3所示。

相比Miura超材料而言,目前被廣泛研究和采用的負(fù)泊松比材料為內(nèi)凹型蜂窩,如內(nèi)凹六邊形蜂窩。此類蜂窩在面內(nèi)受壓時(shí)體現(xiàn)出內(nèi)凹變形機(jī)制,如圖3所示。為提高內(nèi)凹六邊形蜂窩胞元的共面剛度,避免失穩(wěn),同時(shí)激發(fā)其軸向負(fù)泊松比的特性,將2個(gè)Miura單元引入內(nèi)凹六邊形胞元中,作為兩側(cè)胞壁,形成圖4所示的改進(jìn)型內(nèi)凹六邊形胞元。根據(jù)文獻(xiàn)[9],Miura單元的4個(gè)幾何參數(shù)確定,分別為單元基本四邊形邊長(zhǎng)a、b及其夾角γ、單元折疊角θ。對(duì)于內(nèi)凹六邊形蜂窩,基本參數(shù)包括胞元高度H、胞元邊長(zhǎng)l、基材密度ρ和內(nèi)凹角φ。為方便與正六邊形蜂窩進(jìn)行對(duì)比,定義φ=120°。將Miura單元引入后,再增加材料高度方向Miura單元的數(shù)量參數(shù)n。根據(jù)圖4所示的幾何關(guān)系,當(dāng)蜂窩材料的基本參數(shù)確定時(shí),Miura單元的參數(shù)a、b及折疊角θ可根據(jù)式(1)～(3)確定。在不改變內(nèi)凹角的前提下,蜂窩主要的設(shè)計(jì)參數(shù)為胞元壁厚t及四邊形內(nèi)角γ。正六邊形蜂窩和內(nèi)凹六邊形蜂窩相對(duì)密度ρA和ρB的計(jì)算方法如式(4)、(5)所示。根據(jù)式(1)～(3),考慮內(nèi)角γ,對(duì)式(5)進(jìn)行修改,可獲得改進(jìn)型蜂窩的相對(duì)密度ρC的計(jì)算公式(6)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]星型-箭頭蜂窩結(jié)構(gòu)的面內(nèi)動(dòng)態(tài)壓潰行為[J]. 盧子興,王歡,楊振宇,李響.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2019(08)
[2]手性和反手性蜂窩材料的面內(nèi)沖擊性能研究[J]. 盧子興,李康.  振動(dòng)與沖擊. 2017(21)
[3]負(fù)泊松比蜂窩動(dòng)態(tài)壓潰行為的有限元模擬[J]. 盧子興,李康.  機(jī)械強(qiáng)度. 2016(06)
[4]負(fù)泊松比蜂窩抗沖擊性能分析[J]. 侯秀慧,尹冠生.  機(jī)械強(qiáng)度. 2016(05)
[5]鋁蜂窩串聯(lián)緩沖結(jié)構(gòu)靜態(tài)壓縮仿真與試驗(yàn)研究[J]. 李萌,劉榮強(qiáng),羅昌杰,郭宏偉,丁北辰.  振動(dòng)與沖擊. 2013(09)



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