【摘要】：利用顯式動力有限元ANSYS/LS-DYNA數(shù)值研究了六韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)的面內(nèi)沖擊動力學(xué)特性。在保證圓環(huán)節(jié)點(diǎn)半徑不變的前提下,通過改變韌帶長度和胞元厚度,首先建立了六韌帶手性蜂窩的有限元模型,具體討論了沖擊速度和胞元微結(jié)構(gòu)參數(shù)對手性蜂窩材料的面內(nèi)宏/微觀變形行為、密實(shí)應(yīng)變、動態(tài)平臺應(yīng)力和比能量吸收能力的影響。研究結(jié)果表明,隨著沖擊速度的增加,六韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為3種宏觀變形模態(tài):""型模式、"過渡"模式和"I"型模式。在中、低速沖擊載荷下,能夠明顯觀察到拉脹材料在軸向壓縮時(shí)獨(dú)特的"頸縮"現(xiàn)象,其主要與韌帶繞著圓環(huán)中心節(jié)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)變形有關(guān)。通過引入無量綱"動態(tài)敏感因子",還研究了六韌帶手性蜂窩材料的面內(nèi)動態(tài)沖擊強(qiáng)化效應(yīng)。
【圖文】：

圖1蜂窩材料產(chǎn)生負(fù)泊松比行為的兩種變形機(jī)制Fig．1Twodeformationmechanismsgeneratinganauxeticbehaviorofthehoneycomb但要在工程上應(yīng)用該類新型多胞結(jié)構(gòu)，首先要對其宏/微觀力學(xué)性能進(jìn)行充分的研究和認(rèn)識。關(guān)于手性蜂窩結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的大量研究已經(jīng)展開。例如，Prall等［5］對六韌帶手性蜂窩材料的面內(nèi)力學(xué)性能進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究;Alderson等［6］討論了幾種常見手性蜂窩結(jié)構(gòu)(比如，三韌帶、四韌帶和六韌帶)的彈性模量和泊松比，并進(jìn)一步闡述了該類結(jié)構(gòu)的變形機(jī)制;Lorato等［7］系統(tǒng)分析了不同微結(jié)構(gòu)手性蜂窩的面外線彈性力學(xué)性能;Scarpa等［8］研究了六韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)受到均勻平壓時(shí)的整體和局部線性屈曲特性;Liu等［9］基于連續(xù)介質(zhì)理論對二維手性蜂窩結(jié)構(gòu)的手性效應(yīng)進(jìn)行了研究;Haghpanah等［10］討論了宏觀應(yīng)力狀態(tài)下三韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)的面內(nèi)屈曲行為;肖鋒等［11］研究了主要設(shè)計(jì)參數(shù)對手性蜂窩橡膠覆蓋層水下爆炸抗沖擊性能的影響。以上研究發(fā)現(xiàn)，胞元微結(jié)構(gòu)對手性蜂窩材料的宏/微觀力學(xué)性能具有重要影響［6－7］，但目前研究主要集中于模型構(gòu)建、準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能預(yù)測和應(yīng)力波傳播特性等方面的討論［5－11］，并沒有針對其沖擊變形特性和動態(tài)沖擊強(qiáng)化等其他動力學(xué)性能進(jìn)行展開。需要指出的是，當(dāng)手性蜂窩結(jié)構(gòu)用作防護(hù)沖擊材料或能量吸收填充構(gòu)件時(shí)，不可避免的要遭受外來物的沖擊，受到?jīng)_擊載荷下該新型結(jié)構(gòu)的宏/微觀動態(tài)行為尚缺乏足夠的認(rèn)識。因此，，對于手性蜂窩材料動力學(xué)響應(yīng)特性和能量吸收機(jī)理的研究顯得異常重要。本文以六韌帶手性蜂窩為研究對象，對不同沖擊速度下手性蜂窩材料的宏/微觀變形行為、動態(tài)承載能力、密實(shí)應(yīng)變、能量吸收特性和動態(tài)沖擊強(qiáng)化等動力學(xué)響應(yīng)特性進(jìn)?

芡飫次锏某寤鰨噱?到?jīng)_擊載荷下該新型結(jié)構(gòu)的宏/微觀動態(tài)行為尚缺乏足夠的認(rèn)識。因此，對于手性蜂窩材料動力學(xué)響應(yīng)特性和能量吸收機(jī)理的研究顯得異常重要。本文以六韌帶手性蜂窩為研究對象，對不同沖擊速度下手性蜂窩材料的宏/微觀變形行為、動態(tài)承載能力、密實(shí)應(yīng)變、能量吸收特性和動態(tài)沖擊強(qiáng)化等動力學(xué)響應(yīng)特性進(jìn)行了研究，深入剖析胞孔微觀結(jié)構(gòu)對手性蜂窩材料宏觀動態(tài)力學(xué)性能影響的內(nèi)在機(jī)理，本研究可進(jìn)一步為拉脹多胞材料的多目標(biāo)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。1模型構(gòu)建與研究方法1．1手性蜂窩結(jié)構(gòu)的幾何特征圖2為六韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)典型胞元示意圖，圖中圓環(huán)單元稱為節(jié)點(diǎn)，連接相鄰圓環(huán)并與其相切的單元稱為韌帶。根據(jù)圓環(huán)節(jié)點(diǎn)所連接的韌帶數(shù)目及對稱性，可將試件分為六韌帶、四韌帶同向、四韌帶反向、三韌帶同向和三韌帶反向等手性蜂窩結(jié)構(gòu)［6］。典型胞元的具體幾何參數(shù)如圖2(a)所示，l、Ｒ、r、t、θ和φ分別為韌帶長度、相鄰兩圓環(huán)節(jié)點(diǎn)間的距離、圓環(huán)節(jié)點(diǎn)半徑、胞元壁厚、相鄰節(jié)點(diǎn)中心連線間的夾角以及中心連線與韌帶之間的夾角。對于六韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)，θ=30°，Ｒ2=l2+4r2，tanφ=2r/l。該結(jié)構(gòu)胞元具有面內(nèi)旋轉(zhuǎn)對稱的特點(diǎn)，當(dāng)胞元在面內(nèi)圍繞其中心圓環(huán)節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)2θ時(shí)，可與原結(jié)構(gòu)重合。本文所有的算例中，均保持圓環(huán)節(jié)點(diǎn)半徑r=5mm不變。圖2六韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)典型胞元示意圖Fig．2Diagrammaticsketchoftypicalcellforhexachiralhoneycomb1．2有限元模型面內(nèi)沖擊載荷下六韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型如圖3所示。利用顯式動力有限元軟件ANSYS/LS-DYNA進(jìn)行面內(nèi)沖擊動力學(xué)特性模擬�；w材料為金屬鋁(Al)，采用彈－塑性隨動強(qiáng)化模型。主要材料參數(shù)為:楊氏模量Es=69GPa，屈服應(yīng)力σys=76MPa?

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 張新春;祝曉燕;李娜;;六韌帶手性蜂窩結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)特性研究[J];振動與沖擊;2016年08期

2 胡顯赫;諶勇;金澤宇;殷彩玉;華宏星;;覆蓋層對水下爆炸響應(yīng)的均勻化方法研究[J];振動與沖擊;2016年03期

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【二級參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 諶勇;華宏星;汪玉;勾厚渝;;超彈性夾芯覆蓋層的水下爆炸防護(hù)性能[J];爆炸與沖擊;2009年04期

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【相似文獻(xiàn)】

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1 李妍妍;鄭志軍;王長峰;;閉孔泡沫金屬變形模式的有限元分析[J];爆炸與沖擊;2014年04期

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