【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構的面內(nèi)沖擊動力學特性。在保證圓環(huán)節(jié)點半徑不變的前提下,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構參數(shù)對手性蜂窩材料的面內(nèi)宏/微觀變形行為、密實應變、動態(tài)平臺應力和比能量吸收能力的影響。研究結果表明,隨著沖擊速度的增加,六韌帶手性蜂窩結構表現(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獨特的"頸縮"現(xiàn)象,其主要與韌帶繞著圓環(huán)中心節(jié)點的旋轉變形有關。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)沖擊強化效應。
【圖文】：

圖1蜂窩材料產(chǎn)生負泊松比行為的兩種變形機制Fig．1Twodeformationmechanismsgeneratinganauxeticbehaviorofthehoneycomb但要在工程上應用該類新型多胞結構，首先要對其宏/微觀力學性能進行充分的研究和認識。關于手性蜂窩結構力學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)力學性能進行了理論分析和實驗研究;Alderson等［6］討論了幾種常見手性蜂窩結構(比如，三韌帶、四韌帶和六韌帶)的彈性模量和泊松比，并進一步闡述了該類結構的變形機制;Lorato等［7］系統(tǒng)分析了不同微結構手性蜂窩的面外線彈性力學性能;Scarpa等［8］研究了六韌帶手性蜂窩結構受到均勻平壓時的整體和局部線性屈曲特性;Liu等［9］基于連續(xù)介質理論對二維手性蜂窩結構的手性效應進行了研究;Haghpanah等［10］討論了宏觀應力狀態(tài)下三韌帶手性蜂窩結構的面內(nèi)屈曲行為;肖鋒等［11］研究了主要設計參數(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)，胞元微結構對手性蜂窩材料的宏/微觀力學性能具有重要影響［6－7］，但目前研究主要集中于模型構建、準靜態(tài)力學性能預測和應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)沖擊強化等其他動力學性能進行展開。需要指出的是，當手性蜂窩結構用作防護沖擊材料或能量吸收填充構件時，不可避免的要遭受外來物的沖擊，受到?jīng)_擊載荷下該新型結構的宏/微觀動態(tài)行為尚缺乏足夠的認識。因此，，對于手性蜂窩材料動力學響應特性和能量吸收機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、密實應變、能量吸收特性和動態(tài)沖擊強化等動力學響應特性進?

芡飫次锏某寤鰨噱?到?jīng)_擊載荷下該新型結構的宏/微觀動態(tài)行為尚缺乏足夠的認識。因此，對于手性蜂窩材料動力學響應特性和能量吸收機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、密實應變、能量吸收特性和動態(tài)沖擊強化等動力學響應特性進行了研究，深入剖析胞孔微觀結構對手性蜂窩材料宏觀動態(tài)力學性能影響的內(nèi)在機理，本研究可進一步為拉脹多胞材料的多目標動力學優(yōu)化設計提供理論指導。1模型構建與研究方法1．1手性蜂窩結構的幾何特征圖2為六韌帶手性蜂窩結構典型胞元示意圖，圖中圓環(huán)單元稱為節(jié)點，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構［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)點間的距離、圓環(huán)節(jié)點半徑、胞元壁厚、相鄰節(jié)點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構，θ=30°，Ｒ2=l2+4r2，tanφ=2r/l。該結構胞元具有面內(nèi)旋轉對稱的特點，當胞元在面內(nèi)圍繞其中心圓環(huán)節(jié)點旋轉2θ時，可與原結構重合。本文所有的算例中，均保持圓環(huán)節(jié)點半徑r=5mm不變。圖2六韌帶手性蜂窩結構典型胞元示意圖Fig．2Diagrammaticsketchoftypicalcellforhexachiralhoneycomb1．2有限元模型面內(nèi)沖擊載荷下六韌帶手性蜂窩結構的計算模型如圖3所示。利用顯式動力有限元軟件ANSYS/LS-DYNA進行面內(nèi)沖擊動力學特性模擬�；w材料為金屬鋁(Al)，采用彈－塑性隨動強化模型。主要材料參數(shù)為:楊氏模量Es=69GPa，屈服應力σys=76MPa?

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

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【共引文獻】

相關期刊論文 前4條

1 張新春;祝曉燕;李娜;;六韌帶手性蜂窩結構的動力學響應特性研究[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】

相關期刊論文 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性能[J];爆炸與沖擊;2009年04期

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【相似文獻】

相關期刊論文 前1條

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

本文編號：2571071