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强化型内凹蜂窝的力学特性研究
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作者 程志伟 侯秀慧 《应用力学学报》 北大核心 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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新型负刚度吸能结构力学特性分析 被引量:9
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作者 侯秀慧 吕游 +3 位作者 周世奇 朱志韦 张凯 邓子辰 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1940-1950,共11页
负刚度结构作为一种具有广泛应用前景的力学超材料,在吸能、减振及降噪等领域呈现出显著的优势,但传统负刚度结构较低的比能吸收效率以及多稳态非自主回弹等特征,严重限制了其工程应用.为解决该问题,通过单胞构型设计,提出了一种新型可... 负刚度结构作为一种具有广泛应用前景的力学超材料,在吸能、减振及降噪等领域呈现出显著的优势,但传统负刚度结构较低的比能吸收效率以及多稳态非自主回弹等特征,严重限制了其工程应用.为解决该问题,通过单胞构型设计,提出了一种新型可自主回弹的三维负刚度结构.该结构利用串联的负刚度单胞在加载-卸载过程中,曲梁胞元的自主反弹,实现结构循环加载和多次重复利用;通过凹槽深度设计抑制单胞多稳态的出现,并且通过调整侧壁厚度,控制曲梁屈曲模态的形式,从而增大负刚度临界载荷差值,实现吸能效率的显著提升.随后为实现在复杂载荷环境下的高吸能,对结构尺寸进行梯度设计,提出了一种梯度负刚度结构,利用有限元方法比较分析梯度负刚度结构与均匀负刚度结构在不同载荷作用下的吸能效果.研究结果表明,该梯度结构因微结构尺寸的不同,具有不同的负刚度临界载荷最大值,从而使其在不同的冲击载荷环境下,在实现自主回弹的基础上,均呈现出较好的吸能效率.该新型负刚度结构为振动控制和结构重组等工程应用提供了技术支持. 展开更多
关键词 负刚度结构 自主回弹 多稳态 多孔结构 能量吸收
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多稳态力学超材料带隙特性及调控研究 被引量:4
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作者 刘宏 余江 +1 位作者 张凯 邓子辰 《动力学与控制学报》 2023年第7期5-11,共7页
多稳态力学超材料具有多重稳定状态和几何重构特性,在变形吸能和能带调控等方面有重要的研究价值.本研究提出了一种多稳态力学超材料.该超材料是由具有双稳态特性的曲杆和相关实体支撑结构组成.结合有限单元法和布洛赫定理,计算了结构... 多稳态力学超材料具有多重稳定状态和几何重构特性,在变形吸能和能带调控等方面有重要的研究价值.本研究提出了一种多稳态力学超材料.该超材料是由具有双稳态特性的曲杆和相关实体支撑结构组成.结合有限单元法和布洛赫定理,计算了结构的能带结构,分析了不同稳态条件下结构的带隙特性,得到了几何参数对结构带隙的影响规律,并研究了由5×5个单胞组成的阵列结构中部分单胞变形时,整体结构的传输率.研究发现,双稳态连杆的变形状态可显著改变结构的带隙,尤其是在低频范围内产生了更宽的带隙.整体结构中局部一行或一列单胞变形即可在该方向对应带隙频率范围内实现弹性波传播的衰减. 展开更多
关键词 多稳态力学超材料 带隙特性 带隙调控 布洛赫定理
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一般宏观应力状态下凹角蜂窝结构的屈曲性能分析 被引量:3
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作者 周世奇 侯秀慧 邓子辰 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2023年第1期12-24,共13页
基于凹角蜂窝的负Poisson比拉胀效应,对其屈曲力学性能进行了有限元仿真分析,得出区别于传统正六边形蜂窝结构的两种屈曲模态.为了研究这两种屈曲模态的屈曲强度以及产生机理,采用梁柱理论对其进行了理论分析.根据梁-柱方程和平衡关系... 基于凹角蜂窝的负Poisson比拉胀效应,对其屈曲力学性能进行了有限元仿真分析,得出区别于传统正六边形蜂窝结构的两种屈曲模态.为了研究这两种屈曲模态的屈曲强度以及产生机理,采用梁柱理论对其进行了理论分析.根据梁-柱方程和平衡关系建立包含杆端弯矩和杆端转角的方程组,利用屈曲临界条件建立稳定方程,得到屈曲强度的解析表达式.采用增材制造技术打印凹角蜂窝试件,对其屈曲性能进行实验验证.结果表明,双轴加载条件的不同会引起屈曲模态的显著变化;区别于传统蜂窝结构,凹角蜂窝的负Poisson比拉胀效应使其在双轴受拉状态下发生屈曲失稳;双轴应力状态下的屈曲失效界面分析获得了典型的屈曲分岔现象.这项研究对凹角蜂窝因失稳而破坏以及利用凹角蜂窝失稳实现特殊力学性能的研究具有一定的指导意义. 展开更多
关键词 凹角蜂窝 屈曲模态 负Poisson比
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考虑材料各向异性的熔丝制造PLA点阵结构弹性各向同性设计 被引量:4
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作者 王书恒 戴时 +2 位作者 吴鑫伟 马永彬 邓子辰 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1291-1302,共12页
增材制造技术的兴起激发了国内外学者对结构创新设计的热情.然而,增材制造材料的各向异性为结构力学性能的预测与设计带来了一定的困难.为了准确预测熔丝制造聚乳酸(PLA)材料和点阵结构的弹性性能,并实现点阵结构的弹性各向同性设计,首... 增材制造技术的兴起激发了国内外学者对结构创新设计的热情.然而,增材制造材料的各向异性为结构力学性能的预测与设计带来了一定的困难.为了准确预测熔丝制造聚乳酸(PLA)材料和点阵结构的弹性性能,并实现点阵结构的弹性各向同性设计,首先,本文采用正交各向异性弹性模型来描述PLA材料的弹性行为,通过实验和计算得到了正交各向异性模型需要的9个独立的弹性常数.然后,设计了一种力学性能可调的二维组合桁架点阵结构,基于代表体元法,在不考虑材料各向异性的情况下推导出了其平面内等效弹性性能的解析表达式及弹性各向同性条件.最后,根据PLA材料的各向异性调整点阵结构内部杆件的弹性模量和厚度,并基于代表体元法重新推导出了点阵结构平面内等效弹性性能的解析表达式及其弹性各向同性条件.研究结果表明,正交各向异性弹性模型适用于描述熔丝制造PLA材料的弹性行为,基于该模型能够准确预测PLA材料在任意方向上的弹性模量.在预测与设计熔丝制造点阵结构的力学性能时需要充分考虑材料的各向异性.在考虑材料的各向异性之后,基于代表体元法调整点阵结构的几何尺寸,能够实现部分点阵结构的弹性各向同性设计. 展开更多
关键词 熔丝制造 正交各向异性 点阵结构 代表体元法 弹性各向同性设计
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微尺度手性晶格中波传播研究
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作者 赵鹏程 张凯 +1 位作者 傅云婵 邓子辰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1314-1319,共6页
针对微尺度手性晶格中波传播研究的波传播问题,本文研究了尺寸效应对其波传播特性的影响。基于修正耦合应力理论,建立了微尺度欧拉梁的运动方程,并结合有限单元法和Bloch定理得到了考虑尺寸效应的微尺度手性晶格的能带结构。研究发现:... 针对微尺度手性晶格中波传播研究的波传播问题,本文研究了尺寸效应对其波传播特性的影响。基于修正耦合应力理论,建立了微尺度欧拉梁的运动方程,并结合有限单元法和Bloch定理得到了考虑尺寸效应的微尺度手性晶格的能带结构。研究发现:尺寸效应对微尺度结构的能带结构和带隙特性有显著影响。修正耦合应力理论引入的尺度参数增强了微尺度欧拉梁的弯曲刚度,使色散曲线的频率增大。此外,通过将考虑尺寸效应的色散表面的等频面与基于经典理论所得结果进行比较,得到了尺寸效应对波传播方向特性的影响规律。 展开更多
关键词 波传播 微尺度手性晶格 修正耦合应力理论 有限单元法 能带结构 带隙 布洛赫定理 等频面
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