变形可控内凹蜂窝结构抗冲击性能研究

作     者：毛光辉 王成 王万里 徐文龙 

作者机构：北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室 山东大学高等技术研究院 

出 版 物：《兵工学报》 (Acta Armamentarii)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(12221002、12372336) 北京市自然科学基金项目(L212018) 

主　　题：内凹蜂窝结构 圆角设计 3D打印 吸能特性 变形模式 动态冲击 

摘      要：内凹蜂窝结构因其独特的变形模式、出色的抗冲击和能量吸收特性以及轻质特点，在汽车工业、航空航天、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。基于传统内凹六边形蜂窝结构，引入圆角设计并通过改变圆角的排布方式，提出一种基于圆角增强的变形可控内凹蜂窝结构，采用金属3D打印技术制备变形模式为Z型和Y型的变形可控蜂窝结构。为探究其抗冲击性能，开展准静态压缩和落锤冲击实验以及有限元数值模拟，分析结构的变形模式和吸能特性。研究结果表明：新提出的新型蜂窝结构实现了变形模式的可控，通过定制的Z型和Y型变形模式，显著提高了结构的吸能性能，具有良好的压溃稳定性；在同种结构下，吸能性能随着圆角半径的增大逐渐提高；随着速度的增加，结构变形模式逐渐向I型压溃演变，结构的平台力大致呈现出递增的趋势，吸能效率逐渐降低；Z型结构因其圆角的非对称排布，在多数情况下其抗冲击性能优于Y型结构。研究结果可为动态冲击作用下，新型结构的耐撞性设计提供参考。