三角形蜂窝异面能量吸收与缓冲性能的研究

作     者：李钟波 

作者单位：陕西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙德强;李国志

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：三角形蜂窝 异面 有限元模拟 能量吸收 缓冲性能 

摘      要：蜂窝结构材料以其优异的能量吸收和缓冲性能而被广泛应用于缓冲包装、航空航天工业、建筑等多个领域。三角形蜂窝作为一种典型的蜂窝结构,在实际应用中常在其异面方向上承载,现有研究已很好地解决了六边形、圆形蜂窝结构材料的异面缓冲性能,本文将在此研究基础上,借助有限元模拟的方法研究三角形蜂窝异面动态压缩能量吸收和缓冲性能,对于促进其在缓冲领域内的应用具有重要的意义。本文借助ANSYS/LS-DYNA建立基于特征单元的三角形蜂窝异面动态压缩有限元分析模型,将该有限元分析结果与理论值进行对比,以证明该有限元模型的可靠性。之后,将所建立的有限模型与基于单元阵列的有限元模型的计算结果进行对比,更进一步来证明本基于特征单元所建立的三角形蜂窝异面动态压缩模型是可靠的。基于此研究单元排列方式、压缩速度和单元结构参数对三角形蜂窝结构材料异面动态能量吸收和缓冲性能的影响。同时,还对比分析了正六边形蜂窝和正三角形蜂窝异面能量吸收性能。不同单元排列方式、单元结构参数和压缩速度下,三角形蜂窝异面变形模式都是呈现自上而下的折曲变形,应力应变曲线都是先后依次由线弹性、屈服、平台区和密实化四个阶段组成,相应能量效率曲线呈现先增大后减小的变化趋势。在同一压缩速度下,单元排列方式对三角形蜂窝异面能量吸收和缓冲性能影响可忽略。在相同的压缩速度下,正三角形蜂窝异面能量吸收性能优于相对密度一致的正六边形蜂窝的,且随着压缩速度的增大而增大。对于某种单元排列方式的三角形蜂窝结构材料,其异面初始峰应力、动态峰应力、比能量吸收均随着压缩速度的增大而增大,最小动态缓冲系数随着压缩速度的增大而减小。在给定压缩速度下,扩展角一致的三角形蜂窝异面初始峰应力、动态峰应力、比能量吸收和最小动态缓冲系数,均随壁厚边长比的增大而增大。给定压缩速度下壁厚边长比固定时,三角形蜂窝异面初始峰应力、动态峰应力、比能量吸收和最小动态缓冲系数,均随着扩展角的增大先减小而后增大;它们之间的相互关系,可用一定关系曲线进行拟合,基于计算结果给出了相关经验公式。