可变形蜂窝结构的力学性能分析

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1、硕士学位论文可变形蜂窝结构的力学性能分析THEANALYSISOFMECHANICALPROPERTIESOFMORPHINGHONEYCOMBSTRUCTURES赵显伟哈尔滨工业大学2013年7月国内图书分类号：TB322学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文可变形蜂窝结构的力学性能分析硕士研究生：赵显伟导师：刘彦菊教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：航天学院力学系答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB322U.D.C:620Dissertationf

2、ortheMasterDegreeinEngineeringTHEANALYSISOFMECHANICALPROPERTIESOFMORPHINGHONEYCOMBSTRUCTURESCandidate：ZhaoXianweiSupervisor：Prof.LiuYanjuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：July,2013Degree-Confer

3、ring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要蜂窝结构是一种轻质、多功能的多孔固体材料，应用范围广，发展潜力大。手性蜂窝结构(ChiralHoneycomb)是近些年发展的一种新型的蜂窝结构，该结构优异的力学性能，可以实现面内变形，面外承载的双重作用，可以应用在智能结构和变体飞行器中，在航空航天领域具有巨大发展潜力。传统的蜂窝结构泊松比一般为正的，无法满足当前科技发展的需要。目前研究者将目光投向了能够实现多功能的蜂窝材料。而手性蜂窝结构的泊松比可以为负的，并且可实现不

4、同的负泊松比。通过优化参数，手性蜂窝结构可以同时实现可变形、轻质、高比刚度以及负泊松比特性。本文介绍了蜂窝结构、负泊松比材料及蜂窝的发展与研究现状，阐述了手性蜂窝结构的基本理论。成功的推导出四韧带同向手性蜂窝结构(TetrachiralHoneycomb)的面内杨氏模量、泊松比、面外杨氏模量以及剪切模量上限。采用均匀化方法对四韧带同向手性蜂窝结构的弹性模量和泊松比进行有限元计算和预测，并结合理论和实验对其进行综合的比较，研究了四韧带同向手性蜂窝结构力学性能与其几何参数间的变化关系，同时得到了面外杨氏模量和面内杨氏模量间的变化关系，并且对其面外

5、剪切模量的变化趋势进行了分析。研究了四韧带手性蜂窝同时实现最小密度和面内最大弹性模量以及面外最大杨氏模量和面外最小杨氏模量的可能性。通过对三韧带手性蜂窝(TrichiralHoneycomb)进行拉伸实验，对其面内的力学性能进行了探讨，定性的分析了该类型蜂窝结构与其自身结构的几何参数的关系，为以后对三韧带手性蜂窝结构的进一步的研究提供了参考。比较分析了六韧带手性蜂窝结构(HexachiralHoneycomb)、四韧带手性蜂窝以及三韧带手性蜂窝结构的泊松比、杨氏模量，以及它们与几何参数的关系。设计了手性蜂窝结构蒙皮承载实验，探讨了各类型手性蜂

6、窝结构的面外承载能力。本文通过对手性蜂窝结构的研究表明，手性蜂窝结构能够实现面内低模量和面外高承载要求，可以用作变体飞行器的机翼蒙皮结构，航空航天的可展开结构，是一种新型的、能够实现多功能化的蜂窝结构。关键词：手性蜂窝；杨氏模量；泊松比；剪切模量；蜂窝蒙皮-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractHoneycombstructuresareporoussolidmaterialsofalightweight,versatile,widerangeofapplication,andcanbeusedinmanyfields.Chira

7、lhoneycombstructures(ChiralHoneycomb)isanewtypeofhoneycombstructuresinrecentyearsdevelopment,withexcellentmechanicalproperties,whichcanrealizethein-planemorphing,andhigherout-of-planestiffnessproperties.Itcanbeusedinsmartstructuresandmorphingaircrafts,whichhastremendousdeve

8、lopmentpotentialinthefieldofaerospace.ThePoisson'sratioofthetraditionalcellularstr