新型节圆正弦蜂窝面内压缩力学性能研究

作者：冯学凯; 王宝珍; 巫绪涛; 王选; 郭煜

来源：力学学报, 2023, 55(09): 1910-1920.

DOI：10.6052/0459-1879-23-235

• 正弦蜂窝
• 负泊松比
• 平台应力
• 变形模式
• 吸能

面内压缩载荷下,曲壁蜂窝可有效改善直壁蜂窝出现的应力集中问题.为进一步提高曲壁蜂窝的抗冲击性能,在已报道的正交正弦蜂窝(orthogonal sinusoidal honeycomb, OSH)的节点处插入薄壁圆环,得到了一种新型节圆正弦蜂窝(sinusoidal honeycomb with circular nodes, CSH).通过3D打印聚乳酸(PLA)制备了两种蜂窝试样进行准静态压缩实验,并采用LS-DYNA进行有限元数值模拟,实验结果和数值模拟结果有较好的一致性,相比OSH, CSH因节圆的增加第2平台应力大大提高.通过验证有效的数值模拟方法系统地研究了几何参数及冲击速度对CSH面内压缩力学性能的影响.结果发现:CSH应力-应变曲线具有两个平台阶段,基于蜂窝胞元不同阶段特有的变形机制,推导出双平台应力的理论解,其结果与数值模拟结果较为一致. CSH的第1平台应力几乎不受节圆半径的影响,但随着振幅的减小及壁厚的增大而增大.第2平台应力随振幅的减小、节圆半径和壁厚的增大而增大.此外, CSH在第2平台阶段与密实阶段之间还增加了一个因节圆变形导致的应力增强阶段,这极有利于提高CSH的吸能性能.最终, CSH在密实应变前的总比吸能随振幅的减小、节圆半径和壁厚的增大而增大.冲击速度从2 m/s提高到100 m/s, CSH的负泊松比效应逐渐减弱,但即使在100 m/s的高速冲击下,仍有轻微的负泊松比效应.所有速度下CSH的吸能性能均优于OSH,且低速和中速时优势更为明显,比吸能分别提高了1.84倍和0.75倍.

• 单位
  合肥工业大学