多孔結(jié)構(gòu)夾層板與同體積的實心板相比,具有質(zhì)量輕、強度高、剛度大等特點。眾所周知夾層板是由面板和芯層構(gòu)成的,而無論是抗沖擊性能還是能量吸收能力都是芯層起到主要作用,故芯層的選擇則對夾層板的力學(xué)性能起到?jīng)Q定性的作用。“超材料”（Metamaterial）是21世紀(jì)以來出現(xiàn)的一類新材料,最早是應(yīng)用在聲學(xué)領(lǐng)域,其具備天然材料所不具備的特殊性質(zhì),而且這些性質(zhì)主要來自人工設(shè)計的特殊結(jié)構(gòu)胞元,通過一些特殊的排列（周期性或隨機性）方式進行組合而成。當(dāng)這種結(jié)構(gòu)隨著3D打印等新技術(shù)的應(yīng)用,使得常規(guī)手段難以實現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)能夠被制造出來。而這種特殊結(jié)構(gòu)在作為夾層板芯層的抗沖擊學(xué)性能還有待進一步研究。本文采用顯示動力學(xué)軟件LS/DYNA對三種多孔材料構(gòu)成的夾層板進行動態(tài)沖擊數(shù)值模擬。在數(shù)值實驗之前,對現(xiàn)有的試驗結(jié)果進行了數(shù)值模擬方法的重復(fù)性實驗,兩種結(jié)果表現(xiàn)出了良好的一致性,證明了有限元模型的有效性。首先,針對正弦曲線蜂窩夾層板進行了分別進行了局部與整體的動態(tài)沖擊測試,其中,針對在整體抗沖擊情況下,設(shè)計兩種等質(zhì)量蜂窩夾層板的對比模型,一種正泊松比柵格夾層結(jié)構(gòu)和一種內(nèi)凹六角形負(fù)泊松比夾層結(jié)構(gòu),進行同樣的抗整體沖擊... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

蜂窩結(jié)構(gòu)

嫻男閱芙?蟹治觶?拍芄喚?澠渲?在最合適而位置，并明確改進的方向。1.2負(fù)泊松比材料的研究及應(yīng)用通常蜂窩材料在宏觀上都呈現(xiàn)正泊松比，隨著人們設(shè)計理念的進步，使得一些及材料具有了負(fù)泊松比的特性，目前具有負(fù)泊松比效應(yīng)的蜂窩材料也相繼出現(xiàn)并應(yīng)用到了實際當(dāng)中去。在我們通常的認(rèn)知當(dāng)中，普通的材料在受到橫向的軸向拉伸作用時，材料本身的豎向截面會發(fā)生頸縮現(xiàn)象，如低碳鋼的拉伸實驗，這邊是體現(xiàn)出了正泊松比的特性，但是當(dāng)負(fù)泊松比[9](auxetic)材料在受到橫向的軸向拉伸作用時，它的豎向截面反而會發(fā)生膨脹，如圖1-2所示。這種異于常規(guī)材料的“拉脹”行為，使其成為了一種發(fā)展?jié)摿κ挚捎^的新材料。負(fù)泊松比材料由于這種獨特的拉脹、壓縮行為，在抵抗變形和能量吸收等方面顯示出更突出的力學(xué)和物理特性。負(fù)泊松比材料的出現(xiàn)為發(fā)展具有特殊力學(xué)屬性材料與結(jié)構(gòu)提供了一個全新的方向和途徑[10-13]。（a）負(fù)泊松比材料（b）正泊松比材料圖1-2正負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)變形特征泊松比的概念是由法國科學(xué)家泊松(SimonDenisPoisson，1781-1840)在1829年最先發(fā)現(xiàn)和提出的，并將其定義為：單軸拉伸或壓縮時，橫向應(yīng)變和縱向應(yīng)變的比值，即=。在實際生活中大多數(shù)工程材料在承受拉伸荷載時橫截面會收縮，由公式可知此時的泊松比為正值，一般在0到0.5之間[9]。而有些材料在受到軸向的拉伸作

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-用時，截面部分會產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象，由前文的泊松比計算公式可知，此時結(jié)構(gòu)的泊松比為負(fù)值，這就是文中討論的負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)。當(dāng)結(jié)構(gòu)受動態(tài)的沖擊荷載作用時，不同的結(jié)構(gòu)會由于其獨特的結(jié)構(gòu)形式體現(xiàn)出不同的變形模式：具有正泊松比特性的材料在發(fā)生如下的沖擊時，由于正泊松比結(jié)構(gòu)的特點，在受沖擊荷載作用的部位下方會產(chǎn)生垂直于軸向方向兩側(cè)的膨脹現(xiàn)象，因此會導(dǎo)致局部密度減少，如圖1-3(a)所示；而負(fù)泊松比材料在發(fā)生這種局部沖擊時，受沖擊作用部位下方則產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，材料受沖擊部位下方發(fā)生集聚現(xiàn)象，從而使結(jié)構(gòu)的局部密度增大，抵抗沖擊性能增強，如圖1-3(b)所示[14]。在相同體積且消耗相同材料的情況下，負(fù)泊松比多孔材料有著更好的抗沖擊性能和抵抗變形的能力。由此可知，應(yīng)用具有負(fù)泊松比性質(zhì)的材料，具有更好的抗沖擊效果。（a）正泊松比材料(b)負(fù)泊松比材料圖1-3正、負(fù)泊松比材料的抗壓特性另外，負(fù)泊松比材料負(fù)泊松比的特性會對消除應(yīng)力集中會產(chǎn)生積極的影響，并且能夠抵消一部分外部荷載，從而提高這些部件的抗負(fù)荷能力。進一步可以發(fā)現(xiàn)，如果將負(fù)泊松比材料用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可以很大程度上緩解由于動脈硬化、血栓等疾病對人體造成的危險[8]。采用負(fù)泊松比材料作為芯層制造出的夾芯板在受到?jīng)_擊荷載時時，由于負(fù)泊松比的特性，芯層部分受沖擊而向內(nèi)收縮，局部結(jié)構(gòu)密度增大，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗沖擊性能增強，而不是像具有正泊松比性質(zhì)的材料那樣向內(nèi)凹陷被破壞，因此，由負(fù)泊松比材料制成的夾芯板其防護性大大提高[14-16]。總而言之，具有負(fù)泊松比特性的材料及其制品，由于其在工程實際當(dāng)中的優(yōu)異表現(xiàn)，其應(yīng)用的領(lǐng)域不僅僅局限在一些航空航天、國防等高精尖領(lǐng)域，同時在人們的日常生活中扮演著重要的角


本文編號：3030494