壁厚层变对斜方形蜂窝共面力学性能的影响

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1、论文分类号１１０７０８：学校代码：学号：１６０１００４ｍ＾ｋＡＭＡＡｌＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ壁厚层变对斜方形蜂窝共面力学性能的影响程敏指导教师姓名：陈满儒教授孙德强教授学科名称：机械设计及理论论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：壁厚层变对斜方形蜂窝共面力学性能的影响学科门类：工学一级学科：机械工程培养单位：轻工科学与工程学院硕士生：程敏导师：陈满儒教

2、授孙德强教授2018年5月InfluenceofGradedCellWallThicknessesonIn-planeMechanicalPropertiesofRhombusHoneycombAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByMinChengSupervisor:Profs.ManruChenandDeqiangSunMarch2018壁厚层变对斜方形蜂窝共

3、面力学性能的影响摘要斜方形蜂窝材料作为一种理想的缓冲减振以及抗冲击材料，被广泛应用于航空航天、生物医学、交通运输、包装、建筑、军事等领域。关于各种蜂窝材料力学性能的研究，国内外学者主要通过试验或有限元分析的方法进行，很多都涉及了蜂窝材料的结构参数、载荷工况等影响因素。然而，关于斜方形蜂窝材料的研究，并没有涉及结构参数、厚度层变等因素的影响。本论文在已有研究基础上，利用数值模拟的方法研究了壁厚、借助有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了动态载荷下斜方形蜂窝基于单元阵列的可靠有限元计算模型。通过后处理软件LSPREPOSTD对计算结果进行数据处理，得到相应的变形模式图，以及应力应变和能量吸收曲

4、线。对曲线作进一步处理，得到动态峰应力、单位质量能量吸收（比吸能）等指标参数值。最后利用数据处理软件Origin，绘制出这些指标参数与各因素间的关系曲线。基于上述有限元计算模型，为了研究壁厚的影响，保持斜方形蜂窝材料在扩展角一定和壁厚均匀的前提下，在四种冲击速度下对不同壁厚的样品进行数值计算，得到相应的变形模式、动态峰应力和单位质量的能量吸收，并以图表的形式进行展示。对数据结果分析可知，当壁厚相同时，冲击速度越大，动态峰应力越大；当冲击速度相同时，随着壁厚的增加，动态峰应力增大，能量吸收能力增强。为了研究壁厚层变的影响，保持蜂窝材料在扩展角、单元边长等结构参数一定的前提下，有限元模型中样品包含

5、15层单元，每3层单元壁厚一致，形成一组，各组壁厚呈梯度变化。选取了九种梯度以及四种平均壁厚，在四种冲击速度下分别对不同壁厚层变的蜂窝进行数值计算，将计算结果与壁厚均匀的斜方形蜂窝进行对比分析。壁厚层变改变了斜方形蜂窝的变形模式，也改变了响应曲线的形态，具体改变与冲击速度有关。壁厚层变的斜方形蜂窝的应力应变曲线呈分段特征，当各结构参数固定时，低速冲击下比能量吸收仅与梯度绝对值有关；随着冲击速度的增加，其比能量吸收和分段平台的应力值，与梯度的绝对值和正负有关；高速冲击时，同一冲击速度下，厚度梯度型和壁厚均匀的斜方形蜂窝密实化时的比能量吸收近似相等，但在密实化之前，梯度值越大比能量吸收越大。当各结

6、构参数固定，速度相同时，梯度越大，初始峰应力越小。平均壁厚一定时，低速冲击时，梯度对固定端刚性板的反作用力影响可忽略，随着冲击速度的增加，梯度越大，固定端刚性I板的反作用力值越低。关键词：梯度功能蜂窝材料，斜方形蜂窝，共面力学性能，数值模拟IIInfluenceofGradedCellWallThicknessesonIn-PlaneMechanicalPropertiesofRhombusHoneycombABSTRACTTherhombushoneycombsareakindofidealcushioningandimpactresistantmaterialthathasfoundthe

7、extensiveapplicationsinmanyfieldsofaerospace,biomedicine,transportation,packaging,construction,militaryaffairandsoon.Theinvestigationsonthemechanicalpropertiesofhoneycombaremainlycarriedoutthroughthep