工字梁型蜂窝共面力学行为的研究--S.

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1、论文分类号：１学校代码：１０７０８学号：１５０１００８？ＭＡ＃ＡＡ１ＳＨＡＡＮＸＮＩＶＳＩＩＵＥＲＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ工字梁型蜂窝共面力学行为的研究＿ＩＩ刘晓瑞｜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：工字梁型蜂窝共面力学行为的研究学科门类：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：刘晓瑞导师：陈满儒教

2、授孙德强教授2018年5月AnalysisofIn-PlaneMechanicalBehaviorsofI-BeamHoneycombAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByXiaoruiLiuSupervisor:Profs.ManruChenandDeqiangSunMay2018工字梁型蜂窝共面力学行为的研究摘要工字梁型蜂窝具有优良的结构和能量吸收特性，在航

3、空航天工业、传热系统和射频屏蔽等领域应用前景广阔。为了满足多功能设计要求，借助ANSYS/LS-DYNA建立工字梁型蜂窝铝芯有限元分析模型，验证模型可靠性后利用LSPREPOST进行后处理分析，研究了双壁厚工字梁型金属蜂窝芯材共面x1方向上的动态压缩力学行为。首先，变形机制是蜂窝材料共面力学行为的重要内容。低速冲击时工字梁型蜂窝芯材表现为蜂窝体顶部局部倒“V”字形坍塌变形，随后蜂窝体底部出现局部“V”字形坍塌变形；中速冲击时工字梁型蜂窝芯材表现为顶部“W”字形坍塌变形，坍塌带前沿以“V”字形下移，随后蜂窝体底部出现“V”字形坍塌变形；高速冲击时工字梁型蜂窝芯材表现为“一”字形坍塌变形。双壁厚

4、工字梁型金属蜂窝芯材的应力分布云图显示，受动态冲击时其应力分布随蜂窝变形程度的变化而变化，且存在应力振荡现象。其次，吸能机制是研究蜂窝材料共面力学行为必不可少的组成部分，动态峰应力是表征蜂窝材料能量吸收性能的重要指标，因此研究了壁厚边长比、边长比和扩展角等特征单元结构参数和冲击速度对双壁厚工字梁型金属蜂窝芯材在共面x1方向上动态压缩性能的影响规律。各结构参数固定时，得到动态峰应力与冲击速度之间成一次项系数为零的二次曲线关系；同一冲击速度下，动态峰应力与壁厚边长比和边长比之间成近似幂指数关系，与扩展角之间成二次曲线关系，并给出了共面动态峰应力的经验计算公式。模拟计算结果还表明，壁厚边长比、边长

5、比、扩展角和冲击速度对双壁厚工字梁型金属蜂窝芯材比能量吸收的影响类似于对应动态峰应力的影响规律，它们拟合公式相似，只是关系系数值的不同。并且通过与六边形蜂窝共面单位体积能量吸收的对比，说明了工字梁型蜂窝材料共面力学性能的优越性。最后，缓冲性能是应用蜂窝材料的重要方面，能量吸收图是表征蜂窝材料缓冲性能的有效方式。依据能量吸收图的生成原理，得到双壁厚工字梁型金属蜂窝芯材在不同壁厚边长比、边长比和扩展角下的能量吸I收图，为进行缓冲包装设计提供了设计依据。并且运用“最佳能量吸收点”、“最佳能量吸收效率”及“最小动态缓冲系数”等评价指标，说明了工字梁型蜂窝芯材具有良好的共面缓冲性能。工字梁型蜂窝共面力

6、学行为的研究是应用其缓冲性能进行物流运输包装设计的基础，可以缓解当下蜂窝材料选择贫瘠、过度包装及资源浪费等问题，也可以延伸至蜂窝热、声学和电子信息等性能的研究，具有重要的科学研究价值。关键词：工字梁型蜂窝铝芯，变形模式，动态峰应力，能量吸收，缓冲性能，有限元分析IIAnalysisofIn-PlaneMechanicalBehaviorsofI-BeamHoneycombABSTRACTWithexcellentperformanceinstructureandenergyabsorption,I-beamhoneycombprovidesawiderangeofapplicationssu

7、chasaerospaceindustry,heattransfersystem,noisesuppressionandradiofrequencyshielding.Inviewofthefactthatmoreandmoreengineeringdesignshaverequiredthein-planemechanicalbehaviorstostrengthenfunctionalityinrecen