TPU材料负泊松比结构缓冲性能研究

针对当前防弹头盔泡沫衬垫在头盔被枪弹钝击过程中吸能不足的问题,开展3D打印负泊松比结构柔性衬垫吸能特性研究。以热塑性聚氨酯(TPU,Thermoplastic polyurethanes)为原料,采用3D打印制造TPU拉伸试件和压缩试件,进行了打印工艺参数(打印速度、打印温度和分层厚度等)对柔性材料力学特性影响的研究;设计了不同尺寸规格的负泊松比结构并进行了准静态压缩试验,利用有限元仿真与试验结果进行了对比。结果表明:当打印层高为0.1 mm、喷头温度为200℃、打印速度15 mm/s时,打印试件的力学特性最优;负泊松比结构的吸能能力随着水平胞壁与弯曲胞壁的长度降低而提高,随着胞壁厚度的增加而提高,与胞壁夹角无明显规律;随后通过多目标优化设计,确定了负泊松比结构胞元的最优结构,比能量吸收相较于优化前结构得到显著增加。