蜂窩材料結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)力學(xué)性能數(shù)值仿真.pdf

1、蜂窩材料由于重量輕、比強(qiáng)度高、比剛度大、具有優(yōu)良的抗沖擊能力和吸能能力而受到人們的重視，目前已經(jīng)在航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械、能源、化工、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但在工程應(yīng)用中，蜂窩材料不是單獨(dú)使用的，通常作為填充材料和上下兩層面板構(gòu)成蜂窩夾層復(fù)合材料以及和四周圍框組合在一起使用，因此在研究蜂窩材料性質(zhì)的時(shí)候必須要考慮面板和圍框?qū)ζ涞挠绊憽?br>　　在理論研究方面，許多學(xué)者對(duì)蜂窩材料的面內(nèi)等效彈性模量進(jìn)行了推導(dǎo)，但是大部分學(xué)者并沒有考慮

2、面板和圍框的約束，本文通過ANSYS有限元軟件，選擇基于鐵木辛柯理論的BEAM188梁?jiǎn)卧⒘朔涓C材料的平面2D模型，對(duì)其在X方向和 Y方向進(jìn)行位移約束，計(jì)算出純蜂窩狀態(tài)下的蜂窩材料面內(nèi)等效彈性模量，并跟實(shí)驗(yàn)值和理論值對(duì)比后發(fā)現(xiàn)誤差控制在合理的范圍內(nèi)，說(shuō)明了有限元模型的有效性。然后由BEAM188單元建立了圍框約束下的蜂窩材料的2D有限元模型，得出受圍框約束的裝置面內(nèi)等效彈性模量，進(jìn)一步得出圍框厚度的改變對(duì)結(jié)構(gòu)等效彈性模量的影響。最后

3、利用 SHELL181殼單元建立受面板約束的蜂窩材料的3D有限元模型，通過相同的計(jì)算方法得到蜂窩夾層板中蜂窩材料的面內(nèi)等效彈性模量，并和現(xiàn)有的理論結(jié)果進(jìn)行比較，得出現(xiàn)有理論模型的使用范圍。
　　其次，在ANSYS/LS-DYNA顯示動(dòng)力學(xué)軟件中建立了基于蜂窩材料吸能裝置的有限元沖擊模型。通過改變沖擊載荷和蜂窩材料的設(shè)計(jì)，確定出不同條件下各蜂窩材料的吸能能力。數(shù)值模擬結(jié)果表明，剛度較大的鋁蜂窩材料在不同沖擊載荷下都表現(xiàn)出了較好的吸能

4、能力，因此該蜂窩材料較適合高速?zèng)_擊吸能。接著，考慮到圍框?qū)Ψ涓C材料的影響，建立了有圍框保護(hù)的蜂窩材料有限元模型，通過改變圍框的厚度和圍框與蜂窩材料之間的距離，得出圍框?qū)Ψ涓C材料吸能能力的影響。并進(jìn)一步得出不同鋁蜂窩材料的對(duì)應(yīng)裝置在剛體不同沖擊速度下的吸能能力。
　　最后，將蜂窩材料內(nèi)部填充不同密度的泡沫鋁，采用SOLID164單元建立泡沫鋁的等效力學(xué)模型，數(shù)值結(jié)果表明：帶有填充材料的吸能裝置比沒有填充材料的吸能裝置速率明顯提高，且