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第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议（NVND2023）

作者：靳明珠侯秀慧邓子辰

近年来,利用柔性多孔结构的屈曲不稳定性进行结构-功能-材料一体化设计备受关注。依据屈曲变形的可逆、可重复特性,可以产生声子带隙开关、实现软体机器人的自主驱动和设计可重复吸能的航天器着陆缓冲装置等。本文首先通过数值模拟和实... 详细信息

近年来,利用柔性多孔结构的屈曲不稳定性进行结构-功能-材料一体化设计备受关注。依据屈曲变形的可逆、可重复特性,可以产生声子带隙开关、实现软体机器人的自主驱动和设计可重复吸能的航天器着陆缓冲装置等。本文首先通过数值模拟和实验验证得到多孔蜂窝结构的屈曲模态,并观察到一些比较新颖和规则的高阶模态。单轴压缩实验表明,通过调整单元的几何参数或多种材料的排列方式,可以诱导一些高阶屈曲模态的发生。其次,基于哈密顿变分原理和辛特征值展开方法,建立辛刚度法的理论分析模型,得到弹性支撑梁几种典型屈曲模态的刚度表达式,并根据代表性单元结点的弯矩平衡方程得到多孔蜂窝结构宏观屈曲强度的封闭型解析表达式。最后,实验、数值和已有文献结果高度一致,进一步验证了所提出辛刚度法的有效性。因此,通过改变柔性多孔结构的初始构型或多材料分布对屈曲模态进行定向设计,以满足不同的功能需求,为研制具有定制性能的超材料和结构提供了新的思路和理论指导。

关键词：多孔蜂窝结构屈曲模态辛刚度法可定制变形

来源： cnki会议评论

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含预制缺陷PLA蜂窝加筋结构承载力分析

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装备环境工程 2024年第1期21卷 26-34页

作者：辛雨柯邓庆田宋学力李新波温金鹏长安大学理学院西安710064 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900

目的分析不同加筋构型及预制缺陷形式对蜂窝加筋结构抗弯承载能力的影响。方法以热塑性PLA为基材,通过增材制造技术,制备含预制缺陷蜂窝加筋结构试件,考虑缺陷的长度、数量、深度、方向等因素,采用三点弯曲实验方式,并结合有限元仿真... 详细信息

目的分析不同加筋构型及预制缺陷形式对蜂窝加筋结构抗弯承载能力的影响。方法以热塑性PLA为基材,通过增材制造技术,制备含预制缺陷蜂窝加筋结构试件,考虑缺陷的长度、数量、深度、方向等因素,采用三点弯曲实验方式,并结合有限元仿真结果进行综合分析。结果实验得到了结构的位移-荷载关系及破坏情况。线弹性变形阶段,实验与仿真拟合良好,该阶段内,六边构型PLA蜂窝加筋曲板结构承载能力整体优于正六边结构,但后者在后屈曲阶段的残余承载能力更好,且更不易发生断裂。相较于缺陷长度,缺陷深度和缺损肋壁数量对结构承载力的影响更为显著。缺陷方向越趋近宽度方向,结构承载能力越低。结论实际工程中,应尽可能避免结构中间承载位置处横向加筋肋壁出现缺损,并充分利用正六边与内六边构型蜂窝加筋结构各自的承载优点。

关键词：聚乳酸多孔蜂窝结构加筋板预制缺陷承载力

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多孔蜂窝加筋板的弯曲与拉剪性能研究

多孔蜂窝加筋板的弯曲与拉剪性能研究

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作者：张晨帆长安大学

学位级别：硕士

随着航空航天、工程机械、交通运输等领域的快速发展,当前对承载构件的强度提出了较高的要求,探索先进结构是科学研究的重点。层合板壳结构作为工程中的基础结构,在受到各种外部载荷激励时往往会产生不同的响应,因此对层合板结构在不同... 详细信息

随着航空航天、工程机械、交通运输等领域的快速发展,当前对承载构件的强度提出了较高的要求,探索先进结构是科学研究的重点。层合板壳结构作为工程中的基础结构,在受到各种外部载荷激励时往往会产生不同的响应,因此对层合板结构在不同载荷激励下的失效模式分析,有利于对结构进行加强加固,从而减少工程中安全隐患事件的发生。多孔蜂窝结构被认为是最具潜力的先进结构之一,因此本文将蜂窝结构的优异特性应用于层合板结构的加固,将蜂窝结构作为加筋层与蒙皮组合成为多孔蜂窝加筋板结构。使用试验测试与有限元仿真相结合的研究方法,所有试验试样均采用3D打印工艺制备,试样材料为PLA(聚乳酸纤维)。主要研究了多孔蜂窝加筋板在不同载荷作用下的承载特性和变形模式,并从拓扑构型以及布局方式等方面对结构做出优化分析。主要研究内容和结论如下:首先研究结构在三点弯曲载荷作用下的承载特性及变形模式。设计了涵盖多孔构型、排布方向以及孔隙夹角等几何参数的多孔蜂窝加筋板模型,通过对结构进行试验测试与仿真模拟。结果表明:结构在三点弯曲载荷作用下呈现出典型的弯曲变形模式;结构的破坏模式为:在孔角位置率先开裂,并沿纵向胞壁扩展开裂。不同几何参数的影响规律为:蜂窝构型优于正交格栅构型;蜂窝构型竖向排布优于其他排布方向;蜂窝孔隙夹角越小结构承载和吸能特性越强。其次基于第一部分的研究结果,从孔型边界、胞元布局以及质量分布三方面对结构做出优化设计,引入曲线边界和梯度布局形式的优化方法,将壁厚和孔隙率作为梯度参数,以结构等质量为原则设计了两种梯度布局形式的模型,并与均匀布局的结构做对比分析。结果表明:将孔型边界设计为曲线后可有效改善应力集中现象;将多孔胞元设计为梯度布局形式后结构的抗弯性能显著提升,壁厚梯度布局形式尤为明显。此外,为提升材料的有效利用率,结合加筋板的主要承载位置和受力形式,将常规的平面加筋层设计为曲面加筋层,评估了两种结构的能量吸收。结果表明:曲面加筋层结构的比能量吸收显著高于常规结构,提升了材料的有效利用率。随后研究了压头位置对结构承载能力和变形模式的影响规律。结果表明:压头位置越倾斜结构的承载能力越强,压头位置倾斜后结构出现层间脱裂的破坏形式。最后研究了蜂窝加筋板在拉剪载荷作用下的承载特性和失效模式。设计了正方形拉剪模型,主要研究蜂窝方向、蜂窝壁厚和蒙皮厚度对承载特性及变形模式的影响规律。结果表明:结构在拉剪载荷作用下在中心位置呈现出沿横向瞬间断裂的失效模式;此外,正六边形蜂窝15°方向、负泊松比蜂窝45°方向、增大蜂窝壁厚与蒙皮厚度均有利于提升结构的承载特性。

关键词：多孔蜂窝结构加筋板承载特性优化失效模式

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