冲击速度和应变率对六边形蜂窝缓冲性能的影响

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1、类：１０７０８论文分炎号１学：校代码学：１５０１００３ＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＳ硕士学位论文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ冲击速度和应变率对六边形蜂窝缓冲性能的影响张菲菲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：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：冲击速度和应变率对六边形蜂窝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

2、硕士生：张菲菲导师：孙德强教授2018年5月TheEffectofImpactVelocityandStrainRateontheCushioningPropertiesofHexagonalHoneycombAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByFeifeiZhangSupervisor:Prof.DeqiangSun

3、May2018冲击速度和应变率对六边形蜂窝缓冲性能的影响摘要六边形蜂窝材料，如一般多孔材料一样，具有高比强度和比刚度，防震隔音、渗透性和通气性好等优点，因此在包装、医学、汽车制造等领域内广泛应用。为了促进其应用，越来越多学者研究其静动态力学性能，并获得了相关的研究成果。但他们的研究多采用通过改变压缩速度获取不同的应变率，进而研究不同应变率下六边形蜂窝材料的力学行为，未区分速率效应和应变率效应。本文研究冲击速度和应变率对六边形蜂窝基本力学行为和缓冲性能的影响，探究六边形蜂窝力学性能的增强是由速率效应还是应变率效应导致的。首先，采用有限元软件ANSYS/

4、LS-DYNA数值模拟技术，建立了可靠的六边形蜂窝共异面缓冲性能分析的有限元模型和数值分析方法。蜂窝基材选用双线性应变硬化材料模型，并对应变率不敏感和敏感的两种基材分别进行了研究。经过后处理软件LSPREPOSTD对计算结果进行处理，得到相应的变形模式图，以及冲击过程的应力应变和能量吸收曲线，对曲线进一步处理，得到动态峰应力、单位体积能量吸收等曲线。通过改变压缩方向的厚度，来实现同一冲击速度下的不同应变率，当基材为双线性应变硬化且应变率不敏感时，应变率对六边形蜂窝的动态力学性能和缓冲性能的影响可以忽略，高速冲击时六边形蜂窝力学性能的增强是由冲击速度造

5、成的。当基材为双线性应变硬化材料且应变率敏感时，应变率对六边形蜂窝的共面动态力学性能和缓冲性能的影响可以忽略，对六边形蜂窝的异面动态力学性能和缓冲性能有影响。通过设定不同基材密度和冲击速度，研究六边形蜂窝共异面的惯性效应和微惯性效应。惯性是导致动态峰应力显著增加的重要因素。对于基材应变率不敏感的六边形蜂窝，微惯性效应对其力学性能的影响可以忽略。当六边形蜂窝基材为双线性应变硬化型且应变率敏感时，研究了壁厚比、扩展角、边长比、冲击速度对动态峰应力和单位体积能量吸收的影响。随着壁厚的增大，六边形蜂窝的动态峰应力和单位体积能量吸收随之增大，两者与壁厚边长比间

6、呈幂指数关系；随着扩展角的增大，动态峰应力和单位体积吸收能先减小后增大，当其它参数值固定时，两者与扩展角间呈二次曲线关系；随着边长比的增大，动态峰应力和单位体积能量吸收减小，当其它I参数值固定时，两者与边长比呈二次曲线关系；随着冲击速度的增大，六边形蜂窝动态峰应力和单位体积能量吸收随之增大，与冲击速度的平方呈线性关系。关键词：六边形蜂窝，冲击速度，应变率，缓冲性能，有限元分析IITheEffectofImpactVelocityandStrainRateontheCushioningPropertiesofHexagonalHoneycombABST

7、RACTThehexagonalhoneycombcore,asakindofgeneralcellularmaterial,hastheadvantagesofhighspecifiedstrengthandstiffness,shockproof,soundproof,permeabilityandaeration,soitiswidelyappliedinthefieldofpackaging,medicalscience,automobilemanufacturing,etal.Inordertopromoteitsapplication,m

8、oreandmoreresearchershavestudieditsstaticanddynamicmec