蜂窝夹层摆臂弯曲性能及冲击响应的分析与研究

【摘要】随着现代科学技术的发展,材料、结构、力学等领域的研究不断加深,蜂窝夹层结构作为一种新型结构出现在人们面前。这种新型结构具有质量轻、强度高、吸能和隔音效果好等优点。蜂窝夹层结构具有的这些优势使其被广泛应用航空航天、汽车工业、建筑以及包装工程等领域。因此,对蜂窝夹层结构的力学性能的研究受到了工程与学术领域的广泛关注。在对蜂窝材料这种具有周期性结构的非均质材料进行力学性能分析和研究时,往往选取具有代表性的体积单元—单胞作为分析和研究对象。通常从两角度进行分析和研究。采用均匀化的思想,预测蜂窝结构的等效弹性参数,从而把非均质的材料转化为均质材料,这种思路属于宏观力学范畴的刚度分析方法。首先以单胞作为研究对象,分析单胞内细观应力-应变,然后采用适当的强度失效准则对蜂窝结构整体进行损伤分析和强度分析,这种思路属于细观力学范畴的强度分析方法。基于均匀化理论,利用蜂窝芯材的表征单元,推导出蜂窝芯材的等效密度和面外等效弹性模量的表达式。蜂窝夹层摆臂的上、下层可以看做工字梁的翼缘,因蜂窝芯层在而内的拉伸刚度很小,结构的弯矩、弯曲正应力,面内压缩应力及扭矩主要由摆臂的上下层承担,蜂窝芯层类似于工字梁的腹板,只承担剪力,对蜂窝夹层摆臂的蒙皮起支撑作用井使结构的弯曲刚度大幅度增加。蜂窝夹层摆臂准静态三点弯曲实验,得到摆臂的载荷与中点挠度的理论关系,能够与实验结果吻合较好,并可预测出蜂窝夹层梁在三点弯曲状态下能够承受的最大的载荷。蜂窝夹层摆臂在冲击载荷作用下的动态响应问题,可以通过冲击物的动力特性和蜂窝夹层梁的冲击动力特性共同描述。蜂窝芯材是良好的吸能材料,这除了与蜂窝芯材在面外压缩载荷作用下的应力应变曲线中很宽的屈服平台有关外,还与其在弹性形变过程中吸收部分能量有关。蜂窝夹层摆臂吸收冲击载荷的能量分割为两部分：第一部分为结构因损伤而吸收的能量,这些能量造成复合材料结构的破坏和断裂；第二部分能量与结构整体的弹性变形以及结构整体动能的改变。蜂窝夹层摆臂受到冲击载荷作用,准确计算的吸收能量是很困难的。但是耗散于结构整体弹性变形的能量是可以获得定量估算的,首先建立了数学计算模型分析复合材料结构在弹道冲击载荷作用下,蜂窝夹层板的受到冲击的瞬间状况下的吸收能量。
【作者】刘之涛；
【导师】傅惠南；
【作者基本信息】广东工业大学，机械制造及自动化（专业学位），2014，硕士
【关键词】蜂窝夹层摆臂；等效参数；动态响应；吸能；ANSYS有限元；

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