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金属蜂窝异面压缩下平均压缩应力的理论模型

机械工程学报 2010年第18期46卷 52-59页

作者：罗昌杰周安亮刘荣强邓宗全李萌哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

为了得出蜂窝材料在静态压缩及冲击加载下的异面压缩力学行为,基于蜂窝材料的对称性特点,以Y形蜂窝胞元为研究对象,根据能量守恒原理,将Y形蜂窝胞元所吸收的能量等效为塑性铰转动所需要的能量与Y形蜂窝胞元壁转动所需要的能量之和,在此... 详细信息

为了得出蜂窝材料在静态压缩及冲击加载下的异面压缩力学行为,基于蜂窝材料的对称性特点,以Y形蜂窝胞元为研究对象,根据能量守恒原理,将Y形蜂窝胞元所吸收的能量等效为塑性铰转动所需要的能量与Y形蜂窝胞元壁转动所需要的能量之和,在此基础上,分别采用Mises屈服准则和Tresca屈服准则推导蜂窝材料在静态压缩下的平均压缩应力的理论模型。基于Cowper-Symonds模型考虑应变率对Y形蜂窝胞元材料力学性能的影响,推导蜂窝材料动态平均压缩应力的理论模型。通过一系列的试验,验证了基于Tresca屈服准则推导的蜂窝材料在异面压缩下的平均压缩应力理论模型的正确性。

关键词：蜂窝材料异面压缩静态平均压缩应力动态平均压缩应力理论模型

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铝蜂窝异面压缩的扩胞等效方法

爆炸与冲击 2013年第3期33卷 269-274页

作者：王中钢姚松中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

基于铝蜂窝表观密度、质量、平台强度、异面弹性模量、压缩率、吸能量6个基本力学量,建立了正六边形铝蜂窝等效前后胞元厚跨比(胞壁厚度与跨度的比)间的映射关系,得到相同厚跨比蜂窝结构具有相同的力学属性与吸能特性。采用以大换小的... 详细信息

基于铝蜂窝表观密度、质量、平台强度、异面弹性模量、压缩率、吸能量6个基本力学量,建立了正六边形铝蜂窝等效前后胞元厚跨比(胞壁厚度与跨度的比)间的映射关系,得到相同厚跨比蜂窝结构具有相同的力学属性与吸能特性。采用以大换小的扩胞途径,保持胞元厚跨比不变,通过改变蜂窝胞元结构几何参数,提出了将致密孔格稀疏化的蜂窝扩胞等效分析流程,实现了致密蜂窝数值模拟时单元规模与计算时间的有效减缩。基于显式有限元方法,建立了8种等间距扩胞铝蜂窝求解模型,结果验证了扩胞等效方法的可行性。等效前后计算效率的对比分析显示了扩胞方法的高效性。但在异面方向尺度与胞元跨度相近时,扩胞等效方法受到一定的局限。

关键词：固体力学等效方法扩胞铝蜂窝异面压缩

动态异面压缩下铝蜂窝平均坍塌应力分析与试验验证

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宇航学报 2020年第11期41卷 1393-1400页

作者：朱宇博荣吉利宋乾强张涛吴志培北京理工大学宇航学院北京100081 北京宇航系统工程研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

为研究铝蜂窝在动态异面压缩下的平均塑性坍塌应力,在铝蜂窝准静态压缩的理论研究基础上,考虑铝蜂窝应变率效应对材料力学性能的影响,采用Cowper-Symonds模型,以基本折叠单元为研究对象,采用等效周长方法求取应变率,给出了两个动态异面... 详细信息

为研究铝蜂窝在动态异面压缩下的平均塑性坍塌应力,在铝蜂窝准静态压缩的理论研究基础上,考虑铝蜂窝应变率效应对材料力学性能的影响,采用Cowper-Symonds模型,以基本折叠单元为研究对象,采用等效周长方法求取应变率,给出了两个动态异面压缩下铝蜂窝平均塑性坍塌应力的理论计算公式。落锤冲击试验结果与仿真结果显示,Tresca屈服准则下的动态平均塑性坍塌应力与试验及仿真结果的相关系数均在98%以上,验证了理论推导的正确性。本文给出的理论计算公式对研究动态冲击下铝蜂窝的异面压缩性能具有一定的工程指导意义。

关键词：铝蜂窝动态压缩异面压缩平均塑性坍塌应力

组合式铝蜂窝异面压缩响应及缓冲吸能特性研究

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组合式铝蜂窝异面压缩响应及缓冲吸能特性研究

作者：李翔城国防科学技术大学

学位级别：硕士

铝蜂窝作为一种多孔结构材料,具有等效密度小,应力响应恒定,能量不可逆转换和比吸能高等特点,在航天工业、交通运输以及军事领域常被用作缓冲吸能结构材料使用。很多学者已经对单层铝蜂窝面内、面外(也称异面)压缩特性以及铝蜂窝夹芯结... 详细信息

铝蜂窝作为一种多孔结构材料,具有等效密度小,应力响应恒定,能量不可逆转换和比吸能高等特点,在航天工业、交通运输以及军事领域常被用作缓冲吸能结构材料使用。很多学者已经对单层铝蜂窝面内、面外(也称异面)压缩特性以及铝蜂窝夹芯结构开展了大量的研究,取得了系列成果。但是对多级铝蜂窝结构的研究相对较少。本文选取两种正六边形铝蜂窝,以组合式铝蜂窝(不同蜂窝试样直接叠加,可相互作用的蜂窝组合体)为研究对象,以蜂窝层间相互嵌入作用以及缓冲吸能机理为研究重点,对组合式铝蜂窝结构异面压缩响应及缓冲吸能特性进行了研究。首先,设计了不同高度的铝蜂窝结构,通过准静态压缩实验,研究了单层铝蜂窝、串联式铝蜂窝和组合式铝蜂窝的压缩变形响应和缓冲吸能特性,从理论上对单层蜂窝屈曲平台应力和组合蜂窝嵌入平台应力进行了分析;然后,通过传统分离式霍普金森杆压缩实验技术(SHPB)和改进的SHPB测量技术,采用PVDF压力传感器和激光位移原位测量法,研究了动态加载条件下组合式蜂窝嵌入过程的力学响应;分析了低速加载条件下,组合式铝蜂窝全压缩行程的缓冲吸能特性;之后,比较了单层铝蜂窝结构、串联式铝蜂窝和组合式铝蜂窝结构的缓冲吸能特性。最后,通过数值模拟软件,对组合式铝蜂窝结构的嵌入过程进行仿真,并分析讨论了组合式铝蜂窝缓冲吸能的机理。结果表明,组合式铝蜂窝可以实现逐步递增的多台阶梯度应力响应,是一种优良的缓冲吸能结构。从机理研究发现,蜂窝层间相互嵌入作用是组合式铝蜂窝异面压缩时特有的材料或结构的响应方式,嵌入本质是胞元壁之间相互剪切。本文的研究可以拓展铝蜂窝使用形式和领域,为新型缓冲吸能结构的优化设计提供了新思路。

关键词：组合式铝蜂窝嵌入应力异面压缩 SHPB 缓冲吸能

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约束状态下铝蜂窝异面压缩动态响应研究

机械制造与自动化 2019年第1期48卷 95-100页

作者：任阳肖守讷朱涛西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

以小尺寸铝蜂窝为研究对象,利用非线性有限元数值模拟方法,重点研究了约束状态下的响应特性,对比分析了自由状态与约束状态下的异面压缩动态响应。通过仿真结果与理论对比,证明了基于有限元方法研究铝蜂窝异面压缩动态响应的可行性和有... 详细信息

以小尺寸铝蜂窝为研究对象,利用非线性有限元数值模拟方法,重点研究了约束状态下的响应特性,对比分析了自由状态与约束状态下的异面压缩动态响应。通过仿真结果与理论对比,证明了基于有限元方法研究铝蜂窝异面压缩动态响应的可行性和有效性。研究结果表明:周向约束能显著改善铝蜂窝的变形模式和响应特性;铝蜂窝结构在中低速条件下对压缩速度和加载方式不敏感;初始接触峰值载荷仅与厚跨比线性相关;对相同胞元尺寸的铝蜂窝,峰值载荷、平台载荷、比载荷、吸能量、质量比吸能均与厚跨比呈幂次关系,可由此设计响应理想的铝蜂窝;吸能量-载荷曲线肩点反映了铝蜂窝的最佳设计点,其线性拟合关系对工程应用很有参考价值。

关键词：铝蜂窝有限元仿真异面压缩动态响应周向约束

基于Pamcrash的蜂窝铝异面压缩仿真与验证

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机械研究与应用 2019年第3期32卷 66-69页

作者：徐天时孙彦彬马思群李明伟毕宸大连交通大学机车车辆工程学院

为了得到与实验一致性较好的蜂窝铝有限元模型,利用Hypermesh和Pamcrash软件联合仿真,以软件材料库中105号壳单元为基础,建立了蜂窝铝模型,模拟蜂窝铝异面匀速压缩过程;通对比触发力、平台力、吸能量和压实应变,验证仿真模型。对比结果... 详细信息

为了得到与实验一致性较好的蜂窝铝有限元模型,利用Hypermesh和Pamcrash软件联合仿真,以软件材料库中105号壳单元为基础,建立了蜂窝铝模型,模拟蜂窝铝异面匀速压缩过程;通对比触发力、平台力、吸能量和压实应变,验证仿真模型。对比结果表明,仿真模型与实验试件的主要变形模式相同,仿真数据与实验数据吻合。在考察蜂窝铝异面压缩吸能能力的情况下,所建立的蜂窝铝有限元模型能够代替实验试件,进行研究与设计。

关键词：蜂窝铝吸能仿真异面压缩

铝蜂窝“Y”形单元准静态压溃有限元模拟研究

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包装工程 2018年第11期39卷 88-95页

作者：王钰堃毛贺韩宝坤何凯陈宁山东科技大学青岛266590 中国科学院深圳先进技术研究院深圳518055

目的基于胶接强度对铝蜂窝吸能特性的重要影响,利用铝蜂窝的最小周期结构——"Y"型单元研究铝蜂窝结构的异面压缩变形过程和能量吸收特性,以了解不同胶黏剂对铝蜂窝吸能性能的影响。方法以Von Mises本构模型来表征胶黏剂的力学性能,建... 详细信息

目的基于胶接强度对铝蜂窝吸能特性的重要影响,利用铝蜂窝的最小周期结构——"Y"型单元研究铝蜂窝结构的异面压缩变形过程和能量吸收特性,以了解不同胶黏剂对铝蜂窝吸能性能的影响。方法以Von Mises本构模型来表征胶黏剂的力学性能,建立一种含胶层的"Y"型单元有限元模型,模拟铝蜂窝结构的压溃变形过程,并得到胶层的变形和失效现象。结果不同胶黏剂失效情况不同,与之对应"Y"型单元的平均压缩强度和能量吸能值也有区别。该模型能够有效地模拟铝蜂窝结构的压溃变形过程,并准确预报胶层的变形和失效。通过实验验证所建立的"Y"型单元有限元模型计算精度能够满足实际工程需要。结论通过对"Y"形的单元准静态的压溃有限元模拟,选择了合适的胶黏剂制造铝蜂窝,并为后续包装缓冲件深入研究打下了基础。

关键词：铝蜂窝异面压缩吸能特性结构胶接

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两种二级铝蜂窝结构缓冲吸能特性研究

中国测试 2016年第10期42卷 100-106页

作者：李翔城林玉亮卢芳云李志斌国防科学技术大学理学院工程物理研究所湖南长沙410073

该文对二级串联式铝蜂窝结构和二级组合式铝蜂窝结构的缓冲吸能特性进行比较,从而实现对铝蜂窝缓冲吸能结构装置优化设计。通过准静态异面压缩实验,对两种不同正六边形胞元的铝蜂窝进行测试,分别得到这两种二级铝蜂窝结构的压缩变形过... 详细信息

该文对二级串联式铝蜂窝结构和二级组合式铝蜂窝结构的缓冲吸能特性进行比较,从而实现对铝蜂窝缓冲吸能结构装置优化设计。通过准静态异面压缩实验,对两种不同正六边形胞元的铝蜂窝进行测试,分别得到这两种二级铝蜂窝结构的压缩变形过程和应力响应曲线,并对其变形机理进行分析。实验结果表明,二级串联式铝蜂窝和二级组合式铝蜂窝均能实现梯度平台应力响应,这有利于二级缓冲吸能结构的工程应用。此外,对于单轴压缩,二级组合式铝蜂窝的嵌入过程只有一个应力峰值并且其能达到更高的压实程度,但是峰值应力值较大,有待进一步优化。在吸能特性方面,与同一尺寸的二级串联式铝蜂窝缓冲器相比,组合式铝蜂窝缓冲结构的单位体积吸能效果稍强,尤其是单位质量吸能效果更好,可为缓冲吸能结构的优化设计提供新的选择方式。

关键词：组合式铝蜂窝串联式蜂窝缓冲吸能异面压缩

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壁面开孔蜂窝及其层级结构力学性能研究

壁面开孔蜂窝及其层级结构力学性能研究

作者：肖前程湘潭大学

学位级别：硕士

蜂窝夹芯板结构由于它们的比强度高、比刚度高以及优异的抗压缩性,可以作为优异的缓冲吸能材料广泛用于运输、包装和风力发电等领域。因此本文对壁面开孔蜂窝及其层级结构进行数值仿真研究,其主要内容如下:(1)为探讨壁面开孔蜂窝在准静... 详细信息

蜂窝夹芯板结构由于它们的比强度高、比刚度高以及优异的抗压缩性,可以作为优异的缓冲吸能材料广泛用于运输、包装和风力发电等领域。因此本文对壁面开孔蜂窝及其层级结构进行数值仿真研究,其主要内容如下:(1)为探讨壁面开孔蜂窝在准静态异面压缩下的平均压缩应力,基于能量原理,以开孔“Y”型单胞为研究对象,推导了壁面开孔蜂窝结构的平均压缩应力计算式。通过建立不同孔边比的有限元模型,研究了平均压缩应力计算式中延展面积的影响因子,在尺度因子为1的情况下,延展面积影响因子与孔边比成线性关系。通过对具有不同厚边比的壁面开孔蜂窝平均压缩应力的数值计算,验证了理论计算式的准确性,并探讨了孔形状和尺度因子对平均压缩应力的影响。结果表明,壁面开孔蜂窝结构的平均压缩应力主要受绞线的变化及延展面积的影响,平均压缩应力随孔边比的增大而减小,当尺度因子增大时,其延展面积会减小,与尺度因子为1时相比,当尺度因子增大到使压缩过程较稳定时,平均压缩应力下降40%左右,但峰值应力变化不大。(2)建立多组不同孔边比和不同相对密度的壁面开孔自相似层级蜂窝的前五阶有限元模型,并进行其异面压缩的数值模拟。探讨相对密度、阶次对壁面开孔自相似层级蜂窝结构的压缩变形模式、压缩力以及能量吸收的影响。自相似层级设计可以大幅度提升壁面开孔蜂窝结构的压缩性能。低阶的壁面开孔自相似层级蜂窝整体结构变形更加均匀,折叠过程更加稳定。高阶壁面开孔层级蜂窝压缩过程容易出现内凹外凸、折断以及倒塌等不稳定现象。第一到第四阶壁面开孔自相似层级蜂窝面外平台压缩力和吸能收性能较普通正六边形蜂窝(第零阶)有了较大的增长,与此同时,峰值压缩力也有一定程度的降低。(3)对壁面开孔蜂窝进行了正三边形的非自相似层级设计。研究了壁厚、孔边比对不同阶次壁面开孔非自相似层级蜂窝结构的压缩变形模式、压缩力以及能量吸收的影响,并对比了不同阶次壁面开孔的力学性能差异。低阶与高阶非自相似壁面开孔层级蜂窝两者的平均压缩力和峰值压缩力相差不大;高阶壁面开孔非自相似层级蜂窝的吸能性能高于低阶壁面开孔非自相似层级蜂窝,相同参数的高阶壁面开孔非自相似层级蜂窝的比吸能高于低阶壁面开孔非自相似层级蜂窝(λ=0.3,t=0.1mm除外)。本文通过对壁面开孔设计的蜂窝结构以及层级优化设计的壁面开孔蜂窝结构的研究,所得结论对蜂窝夹芯板的研发设计具有重要的现实意义与指导价值。

关键词：蜂窝结构异面压缩孔边比层级设计变形模式力学性能