多层A楞瓦楞纸板面内冲击响应特性研究

1

作者 王明淇 卢富德 《包装学报》 2025年第1期80-87,共8页

采用显式动力有限元法对多层A楞瓦楞纸板的面内动力学响应与能量吸收特性进行数值研究,建立多层A楞瓦楞纸板的有限元模型,讨论不同冲击速度和相对密度对多层瓦楞结构变形模式、致密化应变、平台应力和质量比吸能的影响。研究结果表明:... 采用显式动力有限元法对多层A楞瓦楞纸板的面内动力学响应与能量吸收特性进行数值研究,建立多层A楞瓦楞纸板的有限元模型,讨论不同冲击速度和相对密度对多层瓦楞结构变形模式、致密化应变、平台应力和质量比吸能的影响。研究结果表明:冲击速度和相对密度越大,面内变形模式越均匀,致密化应变越大,多层A楞瓦楞纸板具有更强的平台应力和能量吸收能力。基于能量效率法和一维冲击波理论给出动态致密化应变和平台应力的经验公式,以表征多层瓦楞结构面内冲击的动态承载能力。基于简化的本构关系,绘制出动态能量吸收图,拟合得到相对密度方程和应变率方程。数值算例表明:在给定条件下,运用相对密度方程和应变率方程可以优化材质选择和结构设计,最大限度发挥包装材料缓冲作用。 展开更多

关键词 多层A楞瓦楞纸板 面内冲击响应 本构关系 能量吸收特性

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分层递变梯度蜂窝材料的面内冲击性能 被引量：26

2

作者 刘颖 何章权 +1 位作者 吴鹤翔 张新春 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期225-231,共7页

提出了一种分层递变梯度蜂窝材料模型,以期控制蜂窝材料的能量动态吸收性能。此模型通过改变胞元的半径来改变蜂窝材料的面内特征参数,以实现蜂窝材料面内动力响应特性的多目标优化设计。计算结果表明,此模型可以在减小初始峰值应力水... 提出了一种分层递变梯度蜂窝材料模型,以期控制蜂窝材料的能量动态吸收性能。此模型通过改变胞元的半径来改变蜂窝材料的面内特征参数,以实现蜂窝材料面内动力响应特性的多目标优化设计。计算结果表明,此模型可以在减小初始峰值应力水平的前提下,同时实现材料能量吸收过程的控制,并可以有效控制进入被保护结构的应力水平。此模型可为蜂窝材料冲击动力学性能的多目标优化设计提供理论指导和设计思路。 展开更多

关键词 固体力学 面内冲击 ABAQUS 功能分层梯度蜂窝材料 平台应力

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具有负泊松比效应蜂窝材料的面内冲击动力学性能 被引量：50

3

作者 张新春 刘颖 李娜 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期475-482,共8页

基于显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA,研究了面内冲击作用下具有负泊松比效应蜂窝材料的动态冲击性能。在保证胞元壁长和壁厚不变的前提下,通过改变胞元扩张角,建立了内凹六边形蜂窝模型。具体讨论了胞元扩张角和冲击速度对蜂窝材料面内冲... 基于显式动力有限元ANSYS/LS-DYNA,研究了面内冲击作用下具有负泊松比效应蜂窝材料的动态冲击性能。在保证胞元壁长和壁厚不变的前提下,通过改变胞元扩张角,建立了内凹六边形蜂窝模型。具体讨论了胞元扩张角和冲击速度对蜂窝材料面内冲击变形和能量吸收能力的影响。研究发现,在冲击载荷作用下,内凹蜂窝材料的面内冲击性能依赖于胞元扩张角。胞元扩张角的绝对值越大,冲击端的平台应力越高。随着冲击速度的提高,蜂窝材料表现出更强的能量吸收能力。 展开更多

关键词 固体力学 能量吸收 显式动力有限元 蜂窝材料 负泊松比效应 平台应力 面内冲击

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内凹三角形负泊松比材料的面内冲击动力学性能 被引量：21

4

作者 马芳武 梁鸿宇 +2 位作者 赵颖 陈实现 蒲永锋 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第17期81-87,127,共8页

提出了一种内凹三角形负泊松比材料,在保证元胞其他几何参数不变的前提下,通过改变三角形侧边内凹角度,建立了不同内凹形式的内凹三角形负泊松比材料模型。通过显式动力有限元软件LS-DYNA具体分析了内凹形式与冲击速度对内凹三角形负泊... 提出了一种内凹三角形负泊松比材料,在保证元胞其他几何参数不变的前提下,通过改变三角形侧边内凹角度,建立了不同内凹形式的内凹三角形负泊松比材料模型。通过显式动力有限元软件LS-DYNA具体分析了内凹形式与冲击速度对内凹三角形负泊松比材料面内冲击变形和能量吸收能力的影响。研究结果表明:冲击载荷作用下,在冲击端,相对于三边内凹的情况,单边内凹的平台应力更大;在固定端,侧边内凹程度越小,输出应力滞后时间越长。相比于内凹六边形负泊松比材料,内凹三角形负泊松比材料吸能更平稳,压缩量也更大,并随着冲击速度的提高,内凹三角形负泊松比材料表现出更强的能量吸收能力。 展开更多

关键词 内凹三角形 负泊松比效应 平台应力 面内冲击 能量吸收

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倾斜荷载下内凹三角形负泊松比材料的面内冲击动力学性能 被引量：18

5

作者 马芳武 梁鸿宇 +2 位作者 赵颖 陈实现 蒲永锋 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期81-87,共7页

倾斜荷载在汽车碰撞事故中无法避免,严重影响多胞材料的力学响应。以内凹三角形负泊松比材料为研究对象,通过显式动力有限元软件LS-DYNA具体分析了冲击倾角(0°~10°)与冲击速度(20~70 m/s)对内凹三角形负泊松比材料面内冲击的... 倾斜荷载在汽车碰撞事故中无法避免,严重影响多胞材料的力学响应。以内凹三角形负泊松比材料为研究对象,通过显式动力有限元软件LS-DYNA具体分析了冲击倾角(0°~10°)与冲击速度(20~70 m/s)对内凹三角形负泊松比材料面内冲击的变形模态和动力响应的影响,并构造了完整的变形模式分类图。引入最佳承载角的概念,当冲击倾角β=4°时,诱发了稳定有序的变形模式,使得抵抗变形的形式主要以结构胞壁的压缩与弯曲为主,平台应力值与吸能值得到了较大的提升,进一步发挥了结构的抗承载能力,甚至超过了理想的轴向冲击工况。这一特征与六边形蜂窝结构有所不同,对汽车吸能构件的设计具有重要的指导意义。 展开更多

关键词 倾斜荷载 内凹三角形 负泊松比效应 平台应力 面内冲击 能量吸收

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一种负泊松比正弦曲线蜂窝结构的面内冲击动力学分析 被引量：35

6

作者 邓小林 刘旺玉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第13期103-109,154,共8页

研究了一种全参数化的正弦曲线蜂窝结构,通过Pro/Engineer构建了其参数化模型,采用ABAQUS建立了正弦曲线蜂窝结构的有限元模型。研究了不同振幅、不同胞壁厚度的正弦曲线蜂窝结构在不同冲击速度下的面内动力学响应。研究表明,正弦曲线... 研究了一种全参数化的正弦曲线蜂窝结构,通过Pro/Engineer构建了其参数化模型,采用ABAQUS建立了正弦曲线蜂窝结构的有限元模型。研究了不同振幅、不同胞壁厚度的正弦曲线蜂窝结构在不同冲击速度下的面内动力学响应。研究表明,正弦曲线蜂窝结构的反作用力波动情况与其振幅以及冲击速度直接相关。振幅越小、蜂窝结构胞壁越厚,其反作用力波动越明显。速度越高,蜂窝结构的反作用力波动越明显。而振幅较大的正弦曲线蜂窝结构,在不同的速度下,其反作用力表现出了较好的稳定性。正弦曲线蜂窝结构固定端的平台应力主要与其厚度有直接关系,与冲击速度无关。通过对正弦曲线蜂窝结构的能量吸收情况分析表明,随着振幅的增加,其能量吸收能力相对下降,随着速度的提高,蜂窝结构能量吸收能力趋向于一致。结果表明,正弦曲线蜂窝结构的轻微拉胀效应可增强其平面内能量吸收能力,相对普通的常规正六边形蜂窝结构,具有更好的能量吸收效果。 展开更多

关键词 负泊松比 正弦曲线 蜂窝结构 面内冲击

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正弦曲边负泊松比蜂窝结构面内冲击性能研究 被引量：22

7

作者 虞科炯 徐峰祥 华林 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第13期51-59,共9页

提出了一种引入正弦函数曲线的负泊松比蜂窝结构,通过改变振幅、胞壁厚度等微结构几何参数,建立了参数化的正弦曲线负泊松比蜂窝结构模型。研究了冲击速度和微结构几何参数对正弦曲线蜂窝结构面内冲击变形模式、动态响应和吸能特性的影... 提出了一种引入正弦函数曲线的负泊松比蜂窝结构,通过改变振幅、胞壁厚度等微结构几何参数,建立了参数化的正弦曲线负泊松比蜂窝结构模型。研究了冲击速度和微结构几何参数对正弦曲线蜂窝结构面内冲击变形模式、动态响应和吸能特性的影响。研究表明:正弦曲线负泊松比蜂窝结构的面内冲击性能主要与其振幅、壁厚以及冲击速度有关。中低速冲击时,振幅越大,胞壁越厚,结构面内变形越均匀。随着冲击速度的提高,增大振幅、壁厚均可一定程度增加冲击端的平台应力。对结构吸能特性的分析表明,振幅较小的正弦曲线负泊松比蜂窝结构具有更强的能量吸收能力,相对于内凹六边形蜂窝结构,能够显著降低峰值冲击力。 展开更多

关键词 负泊松比(NPR) 正弦曲线 面内冲击 微结构参数 能量吸收

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星形梯度负泊松比蜂窝结构面内冲击动态响应 被引量：8

8

作者 张权 高松林 +2 位作者 杜志鹏 张磊 李晓彬 《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》 2020年第5期886-891,共6页

采用数值仿真方法对面内冲击载荷作用下的星形梯度负泊松比蜂窝结构的动态响应进行了研究.分别改变冲击速度、厚度梯度,以及角度梯度,得到了不同参数取值下蜂窝结构的变形模式、动态响应,以及能量吸收特性.结果表明:冲击速度、厚度,以... 采用数值仿真方法对面内冲击载荷作用下的星形梯度负泊松比蜂窝结构的动态响应进行了研究.分别改变冲击速度、厚度梯度,以及角度梯度,得到了不同参数取值下蜂窝结构的变形模式、动态响应,以及能量吸收特性.结果表明:冲击速度、厚度,以及角度等参数的变化可以改变星形负泊松比结构的变形模式,影响能量吸收.星形结构基于负泊松比特性并结合功能梯度概念能得到更好的吸能结构,在舰艇防护等结构抗冲击领域有工程价值. 展开更多

关键词 星形蜂窝 负泊松比 面内冲击 梯度分布

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空竹型负泊松比蜂窝结构的面内冲击性能研究 被引量：2

9

作者 刘海涛 刘佳岳 张德权 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第17期262-267,共6页

由于负泊松比蜂窝结构具备高比刚度、优良吸能特性等优点,近年来受到众多学者的关注。基于内凹六边形负泊松比结构,提出一种空竹型负泊松比蜂窝结构。运用一维冲击理论推导出结构的冲击临界速度。通过有限元ABAQUS/EXPLICIT对结构进行... 由于负泊松比蜂窝结构具备高比刚度、优良吸能特性等优点,近年来受到众多学者的关注。基于内凹六边形负泊松比结构,提出一种空竹型负泊松比蜂窝结构。运用一维冲击理论推导出结构的冲击临界速度。通过有限元ABAQUS/EXPLICIT对结构进行面内冲击响应特性分析,结果表明:与传统的内凹六边形结构相比,空竹型蜂窝结构具有更高的平台应力和比吸能,提高了结构的耐撞性和能量吸收能力;给出了不同冲击速度和结构参数对空竹型蜂窝平台应力与比吸能的影响规律。研究结果可为负泊松比蜂窝结构在实际工程中应用提供设计指导。 展开更多

关键词 空竹型蜂窝结构 负泊松比 面内冲击 平台应力 能量吸收

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负泊松比蜂窝面内动态压缩行为与吸能特性研究 被引量：29

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作者 崔世堂 王波 张科 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期919-924,共6页

利用有限元软件ANSYS-LSDYNA研究了负泊松比蜂窝结构面内冲击动力学特性。在壁长和相对密度不变的前提下,建立了负泊松比蜂窝模型;通过改变胞元扩展角,讨论了冲击速度对蜂窝材料面内冲击变形模式和能量吸收能力的影响。数值研究发现,冲... 利用有限元软件ANSYS-LSDYNA研究了负泊松比蜂窝结构面内冲击动力学特性。在壁长和相对密度不变的前提下,建立了负泊松比蜂窝模型;通过改变胞元扩展角,讨论了冲击速度对蜂窝材料面内冲击变形模式和能量吸收能力的影响。数值研究发现,冲击载荷作用下负泊松比蜂窝结构的面内冲击性能更多依赖于冲击速度。提高冲击速度,冲击端的峰值应力、平台应力、试件的比吸能均增高;但在相同冲击速度下,冲击端和支撑端的峰值应力、平台应力、试件的比吸能均随胞元扩展角的增大而降低。 展开更多

关键词 蜂窝 负泊松比 面内冲击 能量吸收

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部分充液多胞元结构的面内动态力学特性研究 被引量：3

11

作者 赵著杰 侯海量 +2 位作者 李典 王克 姚梦雷 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期34-49,共16页

为探究部分充液多胞元结构的抗冲击防护性能,结合充液内凹胞元的落锤冲击试验,建立了充液内凹胞元、部分充液内凹多胞元结构的冲击动态特性二维FEM数值分析,计算得到了部分充液内凹多胞元结构的变形破坏模式,讨论了不同冲击速度下部分... 为探究部分充液多胞元结构的抗冲击防护性能,结合充液内凹胞元的落锤冲击试验,建立了充液内凹胞元、部分充液内凹多胞元结构的冲击动态特性二维FEM数值分析,计算得到了部分充液内凹多胞元结构的变形破坏模式,讨论了不同冲击速度下部分充液内凹多胞元结构的动力学响应特性。结果表明:在充液胞元破损后,水介质会流入相邻未充液胞元,形成二次鼓胀吸能效应,从而有效提高结构壁面的变形吸能水平;结构中的充液区域和未充液区域的变形破坏模式分别为鼓胀拉伸和屈曲弯折;随着冲击速度的提高,结构的单位体积应变能以及对初始冲击载荷的削弱作用均得到增强。横向充液方式可以等效为变刚度弹簧的串联布置,该方式仅影响结构的局部刚度,纵向充液方式可以等效为多层变刚度弹簧的并联布置,该方式会影响结构的整体刚度;充液区域与未充液区域的等效刚度呈动态变化,结构变形模式由各区域实时的等效刚度决定。当载荷冲击速度较高时,横向和纵向部分充液内凹多胞元结构对初始冲击载荷的削弱能力均优于未充液内凹多胞元结构。 展开更多

关键词 部分充液多胞元结构 面内冲击 变形破坏模式 动态力学特性

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基于拓扑优化的变密度蜂窝结构参数化设计及冲击性能研究 被引量：1

12

作者 邹震 徐峰祥 +1 位作者 徐智钊 蒋舟顺 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第22期29-39,共11页

针对现有梯度蜂窝结构的经验式、非连续变梯度等设计方法,无法充分发挥梯度设计对蜂窝结构冲击性能提升效果的问题。基于变密度拓扑优化方法,提出了一种参数化设计的拓扑优化密度映射蜂窝结构,通过改变映射系数、相对密度构建了相应的... 针对现有梯度蜂窝结构的经验式、非连续变梯度等设计方法,无法充分发挥梯度设计对蜂窝结构冲击性能提升效果的问题。基于变密度拓扑优化方法,提出了一种参数化设计的拓扑优化密度映射蜂窝结构,通过改变映射系数、相对密度构建了相应的拓扑优化密度映射蜂窝结构模型。研究了不同冲击速度下,映射系数、相对密度对其面内变形模式、力学响应和能量吸收性能的影响。结果表明,映射系数、相对密度对不同冲击速度下的拓扑优化密度映射蜂窝的面内变形模式具有显著影响,增大映射系数有益于提高其平台应力和比吸能,与相同质量、尺寸的标准蜂窝冲击性能对比结果显示:拓扑优化密度映射蜂窝的峰值应力降低了16.9%、比吸能提高了29.1%。研究表明,将变密度拓扑优化方法引入至梯度蜂窝结构的设计可有效提高其冲击性能。 展开更多

关键词 蜂窝结构 拓扑优化 面内冲击 非均质 能量吸收

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六边形形状记忆合金蜂窝材料面内变形特性的研究 被引量：2

13

作者 董琳 彭瑞岩 +2 位作者 张琪 洪玉儒 吴鹤翔 《山西建筑》 2019年第14期84-85,共2页

采用数值模拟方法建立六边形蜂窝材料模型,以形状记忆合金作为基体材料,研究了六边形形状记忆合金蜂窝材料在面内冲击载荷作用下的变形响应特性。重点讨论了冲击速度和温度对变形模式的影响。研究结果表明,在低速和中速冲击条件下,六边... 采用数值模拟方法建立六边形蜂窝材料模型,以形状记忆合金作为基体材料,研究了六边形形状记忆合金蜂窝材料在面内冲击载荷作用下的变形响应特性。重点讨论了冲击速度和温度对变形模式的影响。研究结果表明,在低速和中速冲击条件下,六边形形状记忆合金蜂窝材料表现出均匀的变形模式,温度对六边形形状记忆合金蜂窝材料变形模式的影响可以忽略。 展开更多

关键词 形状记忆合金 六边形蜂窝材料 面内冲击 ABAQUS

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分层密度梯度蜂窝材料面内动态压缩及吸能特性 被引量：5

14

作者 李坚 孟卫华 +1 位作者 张大海 艾兴 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2369-2375,共7页

基于功能梯度材料概念,通过逐层改变蜂窝胞元壁厚,建立具有固定质量的分层密度梯度六边形蜂窝材料模型。在此基础上,对分层密度梯度六边形蜂窝材料面内冲击性能进行分析,重点讨论了不同冲击速度下密度梯度方向、大小对蜂窝材料压缩变形... 基于功能梯度材料概念,通过逐层改变蜂窝胞元壁厚,建立具有固定质量的分层密度梯度六边形蜂窝材料模型。在此基础上,对分层密度梯度六边形蜂窝材料面内冲击性能进行分析,重点讨论了不同冲击速度下密度梯度方向、大小对蜂窝材料压缩变形模式及吸能特性的影响。研究表明:中低速时,密度梯度的变化使得蜂窝材料变形模式及名义应力-应变曲线产生了明显变化,高速时,密度梯度影响较小;吸能方面,不同冲击速度下正密度梯度蜂窝均表现为后段程吸能,而负密度梯度蜂窝材料在中低速和高速冲击时表现是不同的,分别为后段程吸能和前段程吸能;梯度指数越大,蜂窝材料前后段程吸能效率差异越大。通过密度梯度的设计,实现满足不同工程要求的密度梯度蜂窝材料的设计。 展开更多

关键词 蜂窝 密度梯度 面内冲击 变形模式 能量吸收

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梯度变化对密度梯度蜂窝材料力学性能的影响 被引量：22

15

作者 吴鹤翔 刘颖 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期163-168,共6页

为确定一定质量蜂窝材料的密度梯度大小对材料能量吸收性能的影响,基于二维圆环系,通过改变圆环的壁厚,建立了具有不同密度梯度的二维密度梯度圆环蜂窝材料模型。在此基础上讨论了不同冲击速度下,密度梯度大小对蜂窝材料能量吸收特性的... 为确定一定质量蜂窝材料的密度梯度大小对材料能量吸收性能的影响,基于二维圆环系,通过改变圆环的壁厚,建立了具有不同密度梯度的二维密度梯度圆环蜂窝材料模型。在此基础上讨论了不同冲击速度下,密度梯度大小对蜂窝材料能量吸收特性的影响。研究结果表明,对于相对密度从冲击端到固定端递减的情况,在高速冲击条件下,梯度系数越大,材料单位质量的能量吸收率越高。研究结果可为完善密度梯度蜂窝材料动力学性能的设计提供参考。 展开更多

关键词 固体力学 梯度系数 LS-DYNA 密度梯度圆环蜂窝材料 能量吸收 面内冲击

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蛛丝β-片状纳米晶体启发的蜂窝结构动态力学特性研究

16

作者 房泽臣 冯杰 +2 位作者 陈川琳 李忠新 吴志林 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第16期46-54,共9页

蜘蛛曳丝具有优异的力学特性,其β-片状纳米蛋白晶体在微观尺度下发挥着重要作用;受β-片状纳米蛋白晶体规则的拓扑结构启发,抽象出一种含凹角和六边形特征的新型蜂窝结构。通过数值模拟及理论分析发现,该结构具有丰富且独特的变形模式... 蜘蛛曳丝具有优异的力学特性,其β-片状纳米蛋白晶体在微观尺度下发挥着重要作用;受β-片状纳米蛋白晶体规则的拓扑结构启发,抽象出一种含凹角和六边形特征的新型蜂窝结构。通过数值模拟及理论分析发现,该结构具有丰富且独特的变形模式。凹角旋转闭合和斜边弯曲的变形机制使其在高速冲击下具有零泊松比性质;低速冲击下,该结构为均匀的胞元整体旋转变形,且由于变形中形成了新的胞体结构,平台应力阶段存在明显分段现象;进一步地,给出了该结构的变形模式图和平台应力公式;针对旋转变形机制多胞体蜂窝结构在低速冲击下平台应力分段的特征,提出了修正后的平台应力表达式。经对比分析,发现该结构与六边形蜂窝结构的吸能能力处于同一水平,可以为对横向变形有要求的场合提供防护选择。 展开更多

关键词 β-片状纳米蛋白晶体 面内冲击 动态零泊松比 平台应力

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强化型内凹蜂窝的力学特性研究

17

作者 程志伟 侯秀慧 《应用力学学报》 2025年第2期323-331,共9页

在内凹六边形蜂窝(re-entrant hexagonal honeycomb,RHH)构型的基础上,通过往其胞元内部嵌入斜撑结构,提出了一种强化型的内凹蜂窝(enhanced re-entrant honeycomb,ERH)结构。通过准静态压缩试验研究了其静力学性能,揭示了ERH单胞的变... 在内凹六边形蜂窝(re-entrant hexagonal honeycomb,RHH)构型的基础上,通过往其胞元内部嵌入斜撑结构,提出了一种强化型的内凹蜂窝(enhanced re-entrant honeycomb,ERH)结构。通过准静态压缩试验研究了其静力学性能,揭示了ERH单胞的变形机制。采用有限元模拟的方法,对ERH在低速(10 m/s)和高速(100 m/s)冲击载荷作用下的动力学响应进行了研究,具体分析了其变形模式、动态泊松比以及能量吸收能力等。研究发现,往胞元内部嵌入斜撑结构,对原结构的负泊松比特性不会产生很大的影响,反而能够增强蜂窝结构抵抗冲击变形的能力。通过对2种蜂窝结构比吸能的对比分析可知,ERH单位质量吸收的能量较RHH在低速和高速冲击载荷下分别能提高38.53%和13.85%,说明嵌入的斜撑结构同样能提高蜂窝结构的能量吸收能力。 展开更多

关键词 负泊松比蜂窝 准静态压缩 面内冲击 变形模式 比吸能

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