把分層分級的概念引入到結(jié)構(gòu)中可以顯著改善其力學(xué)性能,如:剛度、強(qiáng)度、斷裂韌性等。因此很多學(xué)者們專注于研究將分級的概念引入到多孔材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中,希望通過結(jié)構(gòu)的分級分層提升材料的性能。但是文獻(xiàn)中大部分常見的分級蜂窩結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的,如正六邊形、正方形、三角形等。很少有人研究隨機(jī)不規(guī)則的子結(jié)構(gòu),所以本文提出了一種具有不規(guī)則Voronoi子結(jié)構(gòu)的分級蜂窩結(jié)構(gòu),并通過有限元的方法研究分級對其彈性力學(xué)性能和斷裂韌性的影響。本文介紹了分級蜂窩面內(nèi)平面應(yīng)力條件下彈性性能（有效的彈性模量Eeffect和泊松比v）的有限元分析方法,包括代表性體單元RVE和周期性邊界條件PBC的概念和應(yīng)用。并逐一系統(tǒng)地分析了分級蜂窩的幾個重要參數(shù)（規(guī)則度,相對密度,一級結(jié)構(gòu)細(xì)長比,分級長度比）對其面內(nèi)彈性性能的影響。接著討論了面內(nèi)彈性性能從平面應(yīng)力條件向平面應(yīng)變條件轉(zhuǎn)化的方法和結(jié)果,發(fā)現(xiàn)在相同相對密度條件下,最優(yōu)隨機(jī)子結(jié)構(gòu)的分級蜂窩的有效彈性模量比一階規(guī)則的六邊形蜂窩的高300%;Voronoi結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度對彈性模量和泊松比的影響并不顯著;無量綱的彈性模量和泊松比都隨相對密度的減小而減小;一級結(jié)構(gòu)的細(xì)長比對彈性... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)楊木木材的掃描電鏡圖像

其四種典型結(jié)構(gòu)如圖1-2 所示。圖 1-2-a 和圖 1-2-b 顯示的泡沫結(jié)構(gòu)最為常見，他們都是由多種不規(guī)則的空心多面體在空間堆砌而成的。但是區(qū)別在于圖 1-2-a 所示的開孔泡沫的整體結(jié)構(gòu)是由棱邊組成的，各個孔穴是相互連通的，而閉孔泡沫（圖 1-2-b）的整體結(jié)構(gòu)是由棱邊和胞壁組成的，其各個孔穴是封閉的。圖 1-2-c 顯示的點陣結(jié)構(gòu)是在三維空間中節(jié)點和連接節(jié)點的桿件共同構(gòu)成的。圖 1-2-d 展示的是結(jié)構(gòu)最簡單的六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的致密材料相比，多孔材料有許多優(yōu)點[10-14]，如：其密度很小，相對密度（宏觀材料的密度與孔壁材料的密度的比值）可以小到 0.01，因此可以大大降低結(jié)構(gòu)的重量；多孔材料具備許多優(yōu)異特性以及相對應(yīng)的多功能用途，利用其良好的減震、能量吸收性能可以作為飛機(jī)的著陸架和汽車沖擊區(qū)域的高吸能部件

第 1 章 緒論4圖1-3 層級多孔材料的比強(qiáng)度與分層級數(shù)之間的關(guān)系[2]：(a)六邊形蜂窩；(b)開孔泡沫1.2 研究現(xiàn)狀蜂窩作為一種典型的低密度多孔固體，由于其幾何形狀在其軸向反向上沒有變化，所以可以在二維（2D）空間中分析其性能。蜂窩可以用來理解其他復(fù)雜三維（3D）多孔結(jié)構(gòu)（如泡沫）的極限性能。所以目前大多數(shù)對多孔材料性能的研究都是從蜂窩結(jié)構(gòu)入手的。和其他多孔固體一樣，蜂窩具有較低的相對密度、較高的強(qiáng)度質(zhì)量比和優(yōu)異的能量吸收性能。其主要用于輕質(zhì)夾層板結(jié)構(gòu)的夾芯層[15-18]，夾層板一般是由兩側(cè)的面板和中間的較疏松或者較輕的夾芯層構(gòu)成。因為芯層的相對密度很低，所以，整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量大大減小。并且由于芯層的存在，夾層結(jié)構(gòu)的抗彎性能得到了顯著改善，具有較高的比剛度和比強(qiáng)度。因此這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如在航空航天、航海、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。除了特有的低密度以及優(yōu)異的力學(xué)性能


本文編號：3342092