蜂窩鋁夾芯結(jié)構(gòu)的動態(tài)力學(xué)特性研究.pdf

1、蜂窩鋁夾芯結(jié)構(gòu)以其優(yōu)異的力學(xué)性能及成型和成本優(yōu)勢近年以來在航空航天、船舶、交通運(yùn)輸及機(jī)械等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)有上下各一層面板以及中間的蜂窩夾芯組成，由于中空的結(jié)構(gòu)方式，使其在空間占用方面有著較強(qiáng)的優(yōu)勢。其設(shè)計源于大自然蜜蜂筑巢的結(jié)構(gòu)形式，除具有比剛度大、比強(qiáng)度大以及耐壓強(qiáng)的特點(diǎn)外，還可以減震保溫以及具有良好的隔音和阻燃效果，且性能穩(wěn)定。蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的芯子主要有紙、金屬以及高分子材料等。在實際應(yīng)用過程中一般承受面外壓力，且多為

2、沖擊載荷，所以蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的能量吸收效果也很優(yōu)異。
　　本文通過實驗結(jié)合數(shù)值分析的方法，對芯子材料為3003鋁合金的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)在準(zhǔn)靜態(tài)平壓和面外沖擊載荷下的靜、動態(tài)力學(xué)特性和能量吸收進(jìn)行了實驗研究，并建立有限元模型進(jìn)行數(shù)值分析。分析了其破壞形式和受載過程的應(yīng)力分布，并討論了蜂窩鋁夾芯結(jié)構(gòu)的應(yīng)變率效應(yīng)以及結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對其接觸力和能量吸收的影響。本文的主要工作如下：
　　通過閱讀大量文獻(xiàn)，簡單介紹了蜂窩鋁夾芯結(jié)構(gòu)的一些基本理論

3、，包括平面壓縮的基本理論，一維應(yīng)力波理論以及叢集理論的Wrinkler地基模型，并對其進(jìn)行了綜述性的總結(jié)；對不同幾何參數(shù)的蜂窩鋁夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)平壓實驗，測試其接觸力-位移曲線及應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并總結(jié)其破壞形式。通過研究發(fā)現(xiàn)，在平面壓縮過程中其應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以分為三個階段：芯子處于彈性變形時的彈性壓縮階段，芯子開始發(fā)生屈曲失穩(wěn)并進(jìn)入塑性區(qū)的屈曲漸進(jìn)階段，密實化階段。其中，屈曲漸進(jìn)階段將吸收壓縮過程中的大部分能量。
　　使用Ho

4、pkinson壓桿裝置對蜂窩鋁夾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行面外沖擊實驗，通過改變加載桿的速度，得到不同應(yīng)變率下的應(yīng)屈服應(yīng)力有明顯的區(qū)別，其應(yīng)變率效應(yīng)比較明顯；通過有限元軟件 Abaqus對實驗過程進(jìn)行數(shù)值建模，分析其應(yīng)力分布狀態(tài)，并討論結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對其屈服應(yīng)力及能量吸收等力學(xué)性能的影響。通過使用控制變量法，可以得出在蜂窩芯子其他幾何參數(shù)不變時，隨著蜂窩芯子胞元壁厚的增大和胞元邊長比的增大，其屈服應(yīng)力和能量吸收都會相應(yīng)的提高，且壁厚大的蜂窩鋁對沖擊速度的