面内冲击荷载下半凹角蜂窝的抗冲击特性

半凹角蜂窝结构因其零泊松比特征,具有独特的变形方式。将其与传统正泊松比(正六边形)蜂窝以及负泊松比(凹角)蜂窝在面内冲击荷载作用下的抗冲击性能进行对比分析,揭示出零泊松比效应对动力学性能的影响。在给定胞元几何参数(长细比)的情况下,分析了3种蜂窝构型在不同冲击速度下的变形特征,得出半凹角蜂窝的零泊松比特性使结构的局部变形带以"Ⅰ"型为主。根据一维冲击波理论,推导出半凹角蜂窝的平均抗压强度理论公式,与有限元结果进行对比,验证了该方法的有效性。数值结果表明,半凹角蜂窝的抗冲击性能介于正六边形蜂窝和凹角蜂窝之间。通过在半凹角蜂窝内部增加直杆,设计出一种新型零泊松比蜂窝,进一步提高了蜂窝结构的抗冲击性能,可为其他结构优化设计提供一定的理论参考。

一般宏观应力状态下凹角蜂窝结构的屈曲性能分析

基于凹角蜂窝的负Poisson比拉胀效应,对其屈曲力学性能进行了有限元仿真分析,得出区别于传统正六边形蜂窝结构的两种屈曲模态.为了研究这两种屈曲模态的屈曲强度以及产生机理,采用梁柱理论对其进行了理论分析.根据梁-柱方程和平衡关系建立包含杆端弯矩和杆端转角的方程组,利用屈曲临界条件建立稳定方程,得到屈曲强度的解析表达式.采用增材制造技术打印凹角蜂窝试件,对其屈曲性能进行实验验证.结果表明,双轴加载条件的不同会引起屈曲模态的显著变化;区别于传统蜂窝结构,凹角蜂窝的负Poisson比拉胀效应使其在双轴受拉状态下发生屈曲失稳;双轴应力状态下的屈曲失效界面分析获得了典型的屈曲分岔现象.这项研究对凹角蜂窝因失稳而破坏以及利用凹角蜂窝失稳实现特殊力学性能的研究具有一定的指导意义.

凹角蜂窝结构的面内低速冲击力学性能分析

针对一种典型的负泊松比结构材料-凹角蜂窝结构,研究了在低速冲击载荷下的吸能特性和应力-应变关系.具体是在低速冲击载荷(0.4m/s)的作用下,分别研究了胞元凹角、胞元横纵比、以及胞元壁厚对凹角蜂窝结构的负泊松比值、能量吸收和应力-应变关系的影响规律.得出了以下结论:胞元凹角的增大和胞元壁厚的减小会增大凹角蜂窝结构的负泊松比,胞元横纵比的改变不会改变凹角蜂窝结构的负泊松比;胞元凹角的减小和胞元壁厚的增加会同时增加凹角蜂窝结构的总能量吸收效果和相对能量吸收效果;而胞元纵横比的增加对凹角蜂窝结构总能量的吸收改变不大,横纵比向加载力方向增加时,会增加相对能量吸收效果;胞元凹角、胞元纵横比、以及胞元壁厚与凹角蜂窝结构的平均应变-应力关系没有明显关系;凹角蜂窝结构的负泊松比与能量吸收以及平均应力-应变关系没有明显的关联.

负泊松比蜂窝抗冲击性能分析

对一种新型蜂窝结构-负泊松比多凹角蜂窝及凹角蜂窝的面内抗冲击性能进行了系统分析。首先利用有限元软件Ansys/LS-DYNA分析了多凹角蜂窝及凹角蜂窝结构在不同速度冲击荷载作用下的变形模态,揭示了凹角蜂窝结构特有的负泊松比效应对提高其抗冲击强度的作用机制;随后根据经典理论模型,得出凹角蜂窝结构动力学强度的经验公式,与有限元结果的对比分析验证了所得理论经验公式的有效性,同时凹角蜂窝较传统正六边形蜂窝结构更高的动力学强度揭示了凹角蜂窝结构更优的吸能效果。

新型蜂窝材料结构热传导性能分析

对一种新型多孔材料-多凹角蜂窝结构的热传导性能进行了分析.依据Bernoulli-Euler梁模型对蜂窝胞壁进行等效,在纯弯曲载荷作用下根据应变能原理求解蜂窝结构的泊松比,并在此基础上进一步分析负泊松比的拉胀效应对结构热传导性能的影响.数值分析表明,相对于传统正六边形蜂窝结构而言,基础胞壁的引入能有效调节结构的力学性质,且随着基础胞壁长度的增大,拉胀效应愈来愈明显.由于具有各向异性的力学特征,这种新型多凹角蜂窝结构的面内热传导也具有很强的各向异性特征,且相对于传统正泊松比蜂窝结构而言,随着负泊松比绝对值的增大,这种蜂窝结构的面外热传导逐渐增强.