仿生类弧形层级蜂窝结构的耐撞性研究

蜂窝结构是目前应用最广泛的吸能结构之一,以益母草根茎、四方竹及蛛网为仿生原型,仿生设计一种类弧形层级蜂窝结构。采用简化超折叠单元理论推导出仿生类弧形层级蜂窝结构在轴向冲击载荷下平均碰撞力的解析值,通过数值模拟的方法验证了理论值的准确性,分析了层级数量与尺寸参数对结构耐撞性的影响。研究结果表明,增加层级数量可以有效降低类弧形蜂窝结构的峰值碰撞力,同时也可大幅度提高结构的平均碰撞力,1级与2级结构的平均碰撞力相比0级提升明显,分别提高了25.46%和29.98%;增加壁厚与壁长可以明显改善结构的耐撞性,其中,壁厚对结构平均碰撞力和比吸能的影响更加显著。

弧形类蜂窝芯层面外等效力学性能研究

为提高蜂窝结构面外承载能力,从创新设计角度,提出一种弧形类蜂窝夹芯结构,并对其面外力学性能进行研究。首先,采用胞元理论对弧形类蜂窝夹芯结构进行简化,运用材料力学的知识并结合能量法,推导其面外等效模量解析表达式。然后,将弧形类蜂窝芯层结构与传统蜂窝芯层结构进行对比,在相同等效密度下,通过具体数据验算,发现弧形类蜂窝芯层的面外剪切模量有显著地提高。同时,推导出双壁厚弧形类蜂窝面外等效模量表达式。最后,运用数值模拟分析,得到该结构的仿真值,经过理论值与仿真值对比,发现两者相对误差在10%之内,证明推导出的面外等效模量理论公式的准确性。