缺陷对六边形蜂窝共面缓冲性能的影响

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1、论文分：１代码：１０７０８ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆学号：１５０１００６硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ缺陷对六边形蜂窝共面缓冲性能的影响朱桢洁指导教师姓名：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：陕西科技火学申请工学硕士学位论文论文题目：缺陷对六边形蜂窝共面缓冲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：朱桢洁导师：孙德强教授

2、2018年5月InfluenceofDefectsontheIn-planeCushioningPropertyofHexagonalHoneycombAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByZhenjieZhuSupervisor:Prof.DeqiangSunMay2018缺陷对六边形蜂窝共面缓冲性能的影

3、响摘要正六边形蜂窝材料作为一种典型的多孔缓冲材料，具有密度低、比强度高、比吸能性好等优点，因此广泛应用于包装防护领域。同时，因制备工艺和运输环境等因素造成的各种缺陷，常见有胞元缺失和胞壁缺失，需明晰其对结构缓冲性能的影响。本文采用二维多孔材料缓冲性能新的测定方法，研究了这两种缺失的分布位置和缺陷大小对正六边形蜂窝共面缓冲性能的影响。首先，系统总结了正六边形蜂窝的相关理论，如共面变形机制和相关共面力学参数。其次，利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分别建立了含有胞元或胞壁缺失的正六边形蜂窝在共面动态压缩载荷作用下可靠的有限元计算模

4、型，由计算结果进一步分析得到了缺陷对变形模式、密实化应变、动态峰应力、比能量吸收、动态缓冲系数等各缓冲性能评价指标的影响规律。第一种缺失即胞元缺失，其分布位置对正六边形蜂窝性能的影响，在低速冲击时尤为明显，随着冲击速度的增加逐渐减弱，高速冲击时可忽略。胞元缺失改变了正六边形蜂窝共面冲击的变形模式。推出了变形模式间转换临界速度的经验公式。胞元缺失数目的增加，明显降低了缺陷处胞元密实前应力应变曲线上应力的峰值。在中低速冲击条件下，胞元缺失降低了正六边形蜂窝的密实化应变，且越靠近固定端降低程度越大；而高速冲击下会使密实化应变增加，且越靠近冲击

5、端增加程度越大。胞元缺失对共面动态峰应力的影响与壁厚有关，随壁厚边长比的增加其影响程度先增大而后减小。胞元缺失越靠近冲击端，共面动态峰应力越大。在某一冲击速度下，当壁厚边长比增加到一定临界值时，胞元缺失位置对动态峰应力的影响可忽略，且该临界值随着冲击速度的增加而增加。本文给出了当胞元缺失处于样品中央时，动态峰应力关于胞壁缺陷率和冲击速度的经验关系式。在低速冲击下，当缺失位置一定时，正六边形蜂窝的比能量吸收随着胞元缺失数目的增加而变小。当胞元缺失越靠近冲击端时，正六边形蜂窝比能量吸收越大。与完整蜂窝相比，含胞元缺失的正六边形蜂窝最小动态缓

6、冲系数随速度的增加呈现先大于后小于的趋势。I第二种缺失即胞壁缺失，其对蜂窝结构共面冲击响应的影响随速度的增加而逐渐减弱。胞壁在靠近冲击端处缺失时，蜂窝初始峰应力明显降低。局部坍塌带从任一胞壁缺失子区域启动且呈现非对称性分布。胞壁缺失率对正六边形蜂窝密实化应变的影响规律同于第一种缺陷。随着缺失率的增加，胞壁缺失会首先使得动态峰应力大于完整六边形蜂窝的，而后小于且越来越小。胞壁缺失处于某一子区域时，随着正六边形蜂窝壁厚边长比的增加，胞壁缺失分布位置对动态峰应力的影响逐渐降低。低速冲击时，胞壁缺失使正六边形蜂窝比能量吸收减小。随着冲击速度的增

7、加，正六边形蜂窝因胞壁缺失位置不同表现出不同的吸能特性。任一冲击速度下，内能随胞壁缺失率的增大而减小。胞壁缺失率相同时，两种缺陷在中低速冲击时对正六边形蜂窝最小动态缓冲系数影响程度不同，在高速冲击时相同。关键词：六边形蜂窝，胞元缺失，胞壁缺失，共面缓冲性能IIInfluenceofDefectsontheIn-planeCushioningPropertyofHexagonalHoneycombABSTRACTAsatypicalcellularmaterial,theregularhexagonalhoneycombcore(RHHC

8、)hastheadvantagesoflowdensity,highspecificstrength,andgoodspecificenergyabsorptionandthereforeiswidelyu