胞元
- 基于拓撲優化的變密度蜂窩結構參數化設計及沖擊性能研究
在不改變單個蜂窩胞元結構的前提下,對其按照某一規律進行梯度設計,從而實現其結構的整體有序、充分變形。梯度分布增強設計作為提升蜂窩結構沖擊性能的有效方式之一,國內外學者對此開展了大量研究,Hu等[18]采用將規則蜂窩邊用二級蜂窩替代一級蜂窩邊的方法構建了新型自相似梯度蜂窩,實現了其綜合耐撞性能的提升;Zhang等[19]研究不同密度梯度的蜂窩結構的吸能性能,確定了蜂窩結構最優密度梯度排布方式;馬芳武等[20]提出了一種仿生自相似分層蜂窩結構,實現了蜂窩在多種
振動與沖擊 2023年22期2023-12-01
- 新型節圓正弦蜂窩面內壓縮力學性能研究1)
)引言特殊設計的胞元構型可使蜂窩呈現出諸如負泊松比[1-2]和負剛度[3-4]等不同于傳統材料的力學特性.與傳統蜂窩材料相比,負泊松比蜂窩通常具有更高的比強度和比剛度、更好的抗沖擊性能和抗侵徹性能[5-7],因而在汽車業、包裝業、航空航天及軍事工程等諸多領域備受青睞.研究者們設計了各種構型的負泊松比蜂窩,其中較為典型的有內凹六邊形、星形、手性和雙箭頭型等[8-11].一些研究者還發現由兩種典型構型形成的復合胞元構型可使蜂窩獲得更優良的力學性能,例如,Hu
力學學報 2023年9期2023-10-29
- 多孔介質的胞元結構對燃燒溫度分布的影響
它多胞材料類似,胞元是泡沫型多孔介質結構和功能的基本單位[3],眾多胞元的交聯組合形成了多孔介質的宏觀結構,與燃燒有關的多孔介質物性參數如有效導熱系數、容積換熱系數、輻射衰減系數等均與多孔介質結構有著密切關聯。其中,多孔介質孔徑對輻射特性影響較大,當孔徑增大時,輻射衰減系數減小,輻射穿透距離較遠;當孔徑減小時,多孔介質光學厚度相應增加,輻射會局限在一個較小的區域內[4-6]。同時,多孔介質的孔隙率和孔徑對體系的對流換熱系數也有一定程度的影響,孔隙率和平均孔
武漢科技大學學報 2023年5期2023-10-13
- 基于力學超材料的柔性機械臂設計技術
20]對大規模的胞元組裝自動化系統進行了研究;文獻[21]通過各向異性的可組裝力學超材料設計了一根可變性梁,可作為蛇形機器人的主體在水中實現游動。綜上所述,本文將力學超材料和柔性機械臂兩者結合,研究以力學超材料為結構主體的柔性機械臂(以下簡稱柔性臂)設計技術。本文通過柔性臂單元的結構和分段常曲率假設,建立了胞元組的變形模型和變形參數的計算方法,得到了單節和多節的柔性臂單元變形預測模型,最后通過實驗對預測模型進行了驗證,完成了預定的彎曲角度和空間的檢視。1
中國機械工程 2023年16期2023-09-06
- 基于復雜約束拓撲優化的負泊松比超材料設計
某一特定的結構(胞元)進行周期性地排列構成，其等效泊松比和等效彈性模量主要由構成該結構的基質材料和胞元的幾何參數決定.自LAKES 等[2]成功制備出泊松比值為?0.7 的聚氨酯泡沫以來，負泊松比材料的研究進入到快速發展的階段，現有的負泊松比材料設計通常是基于已有的負泊松比材料的胞元構型，通過理論公式來對所設計材料的力學性能進行預測.或通過經驗，對現有的胞元構型進行改進.宮曉博[3]提出了一種改進的四角星形蜂窩結構，對該結構的彈性模量和剪切模量進行了理論分
北京理工大學學報 2023年8期2023-08-21
- 弧形雙箭頭蜂窩面內壓縮性能試驗與仿真
凹多邊形以及手性胞元的蜂窩材料表現出不同于傳統六邊形蜂窩的負泊松比（Negative Poisson’s Ratio，NPR）特性，具有特殊的工程應用價值。在外載荷下，NPR材料表現出不同于傳統材料的獨特變形模式：在外力拉伸作用下，材料會垂直于加載方向膨脹；相應地，在壓縮載荷下，材料會向受載區集聚，使局部密度增大，從而獲得更好的抗沖擊吸能效果。上述特性使得NPR材料具有比傳統材料更高的平面剪切應力、剪切模量、擠壓阻力和斷裂韌性［1-2］，應用前景十分廣闊［
華南理工大學學報（自然科學版） 2023年1期2023-03-15
- 基于均質化等效的點陣夾芯板仿真方法
而成。點陣單元即胞元，點陣材料的均質化就是對胞元進行等效簡化。1.1 均質化等效方法對胞元結構進行均質化等效，等效體的應力等于胞元結構的平均應力，等效體的平均應變等于胞元結構的平均應變，如式（1）和式（2）所示。而等效體的平均應力和平均應變的本構關系模型如式（3）所示。式中：De—胞元結構的等效剛度矩陣。因此，胞元結構的均質化等效主要是求解胞元結構的等效剛度矩陣。式中：D—有限元的通用剛度矩陣。各向異性的材料的剛度矩陣有21個未知變量、正交各向異性的材料的
環境技術 2022年6期2023-01-25
- 力學超材料柔性后緣設計技術
三維超材料微結構胞元，在仿真結果的基礎上完成機翼結構的整體設計，并通過增材制造技術完成機翼實物的制造、裝配及性能測試。1 柔性后緣設計方案1.1 技術路線設計力學超材料單元時要考慮柔性后緣結構的變形、承載、驅動控制等要求，保證結構在穩定的同時產生較大的彎曲變形。針對這些需求，本文對基礎翼型進行分析并建立有限元模型，針對目標襟翼柔性變形的要求，選用具有高彈性的零泊松比力學超材料為主體設計后緣變形結構，選用剛性較好的正泊松比結構作為增強結構以保證機翼后緣的承載
航空科學技術 2022年12期2022-12-27
- 改進星形蜂窩結構面內動力學響應及能量吸收特性研究
特性，并基于典型胞元的變形特征，構建了其理論模型。1 模型構建與可靠性分析1.1 幾何構型基于星形蜂窩結構(SSH)，利用箭頭代替了其水平壁，并引入了與四個凹角接觸的薄壁方形，構建了改進星形蜂窩結構(ISSH)。兩種蜂窩結構如圖1所示，其中H是胞元的高度(H=10 mm)，S是胞元的長度，α是傾斜壁和水平方向之間的角度(α=π/6)，π/2-α是傾斜壁和垂直方向之間的角度，t是胞元壁的厚度，L是方形的邊長，L1為傾斜壁的長度，L2為水平壁的長度，L3為箭頭
振動與沖擊 2022年23期2022-12-15
- 弧邊內凹蜂窩負泊松比結構的面內沖擊動力學數值研究
材料由周期排列的胞元構成，受到沖擊時各胞元向載荷沖擊點集中，從而使材料的抗壓能力得到提升，材料具有高抗壓性能[1?2]。傳統材料(非負泊松比材料)受到縱向沖擊時，材料橫向發生膨脹，材料的抗壓性能較低。同時，負泊松比多胞材料含有許多空隙，在受到外載時材料容易產生大的變形，從而具有較高的能量吸收效果[3?4]。負泊松比多胞材料除了具有良好的力學性能，胞元之間的空隙使得其具有較低的結構密度。負泊松比材料的優良力學性能使其廣泛應用于實際工程中，例如：利用其高剪切模
工程力學 2022年12期2022-11-30
- 形內自相似層級類蜂窩面外沖擊特性研究
的最優層數。單個胞元對性能的提升有限，將胞元按照相同或不同的形式在空間中進行堆垛排列，形成一種序構，該序構可有序或無序，亦或層級，其引發基元間的耦合，可對性能有更大的提升。而恰恰蜂窩胞元是功能基元的典型結構。RODERIC[6]對層級結構進行了定義，認為將層級結構引入到輕質多孔蜂窩結構中形成層級蜂窩結構，具有提高多孔材料強度與能量吸收性能的優點。AJDARI等[7]對具有自相似組織特性的層級蜂窩結構的面內力學性能進行了研究，發現一級和二級蜂窩比同質量的傳統
河北科技大學學報 2022年5期2022-11-28
- 納米流控封隔器膠筒一級蜂窩骨架承壓分析*
進行研究，得到了胞元參數對零級正六邊形橡膠蜂窩骨架的承壓性能的影響規律[14]。相比零級蜂窩結構，一級蜂窩具有更加優越的力學性能。因此筆者采用一級橡膠蜂窩骨架作為納米流控系統的包覆結構，對該骨架的靜力學特性進行了有限元模擬研究，得到了橡膠蜂窩結構的變形模式，以及胞元參數對一級橡膠蜂窩骨架承壓性能的影響規律。1 模型的確定一級橡膠蜂窩骨架是用一個較小的正六邊形橡膠蜂窩骨架胞元(邊長為l1)將零級橡膠蜂窩(邊長為l)的頂點替代而成。定義一級橡膠蜂窩骨架胞元頂點
石油機械 2022年10期2022-11-05
- 基于梯度方形蜂窩結構支架緩沖裝置性能研究
圖 1 所示，其胞元的等效彈性參數決定整體結構的力學性能，因此筆者基于胞元材料理論對其等效彈性參數進行理論推導。通過對六邊形蜂窩結構等效參數的研究，推導出方形蜂窩胞元的等效彈性參數。式中：Ex、Ey為面內等效彈性模量；Gxy為面內等效剪切模量；δ為胞元厚度；Es為材料彈性模量；l為胞元邊長。方形蜂窩胞元的等效密度ρ*及面外剛度Sz分別為：式中：ρs為材料密度。將胞元等效為等體積實心單元，則等效單元在yz面上與胞元有相同的剪切模量，則得到等效單元總變形能胞元
礦山機械 2022年10期2022-10-20
- 一種正、負和零泊松比相互轉換的新策略
究中根據材料內部胞元的變形機制，負泊松比材料可分為內凹型[8]、手性型[12]、旋轉型[13]和穿孔型[14]。Gibson等[15]提出了內凹型蜂窩結構。Master等[16]發現了二維內凹結構的負泊松比行為。當在任一方向施加載荷時，對角肋的移動方式會導致另一個方向的負泊松比效應。另一種由于內凹性而表現出負泊松比效應的多胞結構是雙箭頭[17-18]和星形[19]。這些結構中的負泊松比機制類似于內凹結構。在拉伸過程中，雙箭頭和星形單元打開，導致拉脹效應。P
哈爾濱工程大學學報 2022年9期2022-10-09
- 胞元結構準靜態壓縮力學行為及吸能特性研究
430033)胞元結構在工程之中廣泛存在，憑借良好的綜合力學特性，其在生物醫藥、交通運輸、建筑結構、機械工程、減振降噪、防火隔熱、分子材料、防務技術等[1-8]多領域得到了重點關注與研究。胞元結構一般可以分為夾層結構[9]、類蜂窩結構[10]和點陣結構[11]，它們通常由板材、桁架、節點通過均勻排布、交錯排布、梯度布置等方式組合而成，其制造工藝主要有焊接、熱熔、電熔、鑄造、3D打印等。Gibson[12]對多孔固體進行了深入的研究，從線彈性變形、彈性屈曲
振動與沖擊 2022年17期2022-09-23
- 周期性夾芯板脫焊損傷識別方法研究
成，其中間結構由胞元陣列[7-9]組成。夾芯板在制造和服役過程中因焊接質量造成的虛焊和因外部疲勞載荷造成的脫粘均會形成脫焊損傷，如果作為關鍵受力部件，構件損傷將給生產安全帶來極大危害，因此對夾芯板的損傷檢測是十分必要的。國內外學者基于固有頻率、模態振型、振型曲率、模態應變能等參數提出了不同的損傷檢測方法。文獻[10]以曲率模態差值作為損傷指標，將實驗模態分析與有限元模擬相結合，能夠對損傷部位進行檢測和識別。文獻[11]通過導波相控成像算法有效地識別了鋁板的
河南科技大學學報(自然科學版) 2022年6期2022-09-14
- 梯度蜂窩加筋板的彎曲變形及優化設計1)
凹蜂窩型梯度結構胞元尺寸與胞元凹角，分析了梯度結構在爆炸沖擊環境下沖擊波衰減效率和力學響應規律。Shao等[13]研究了不同壓縮速率對梯度木制素蜂窩變形行為和壓碎應力的影響。本文基于三點彎曲實驗的加載位置及支承方式，將梯度蜂窩型胞元引入加筋板加筋層設計當中，通過控制質量參數，分別設計制備壁厚梯度形式和孔隙率梯度形式兩種梯度多孔結構加筋板，研究梯度多孔蜂窩結構對加筋板彎曲性能的影響。1 模型設計及參數1.1 設計思路由文獻[14]可知三點彎曲實驗下蜂窩加筋板
力學與實踐 2022年4期2022-08-19
- 聚酰亞胺復合膜的泊松比設計
界區域連接的剛性胞元，孔間邊界區域模擬鉸鏈，允許剛性胞元繞孔間邊界區域“鉸鏈”旋轉，從而表現出效泊松比的現象。 Hou等[16]討論了使用 Kevlar 機織織物/914 環氧預浸料和 Kirigami 技術制造的分級蜂窩結構的拉脹性。Bertoldi等[17]對由“Feguramed GmbH”制造而成的加成固化硅橡膠(sil AD spezial,SADS)進行圓形陣列研究時發現,單軸壓縮的屈曲結果會產生橢圓孔陣列。他們進一步分析了孔隙率對等效泊松比的
空間電子技術 2022年2期2022-06-02
- 胞元結構對點陣多孔材料力學性能的影響
CC、SP和GY胞元構成的點陣均質及功能梯度材料的剛度、吸能效率等性能[15]；CAO等研究了SLM制備的菱形十二面體其形狀參數對點陣多孔材料力學及能量吸收性能的影響[16]。尼龍材料因其較優的耐磨性、耐腐蝕性和力學性能被廣泛應用于服飾、工程和醫療等領域。目前國內外對尼龍點陣多孔材料力學性能的研究報道較少，彭剛等通過實驗法對隨機多孔尼龍材料的彎曲強度進行了研究[17]；JIN等通過優化胞元尺寸參數提高了BCC尼龍點陣多孔材料力學性能[18]；NEFF等通過
西安科技大學學報 2022年2期2022-04-28
- 基于胞元拓撲優化法的內凹六邊形負泊松比超材料結構設計
構的設計轉換成了胞元拓撲優化設計，采用胞元拓撲優化法對內凹六邊形微結構進行拓撲優化，將優化得到的胞元微結構按一定周期進行排列從而獲得負泊松比超材料結構。1 內凹六邊形負泊松材料計算理論1.1 負泊松比材料作用機理泊松比是衡量材料在承受縱向力時的橫向尺寸變化力學參數。負泊松比是在考慮正負應變的前提下，橫向應變和縱向應變的比值相反數，其數學表達式為，式中，εx，εz分別為橫向應變和縱向應變；Δx，Δz分別為結構受荷后的橫向變形和縱向變形。一般情況下，泊松比大小
安徽建筑大學學報 2022年1期2022-04-26
- 爆炸載荷下負泊松比下肢保護裝置參數分析
了雙箭頭負泊松比胞元主要的設計參數(胞壁厚度、胞元夾角和胞元半寬)對負泊松比下肢保護裝置防護性能的影響。2 爆炸環境下乘員下肢響應仿真與試驗以國內某軍用防護車輛為試炸車型，取乘員約束系統為主要研究模型，并通過實車爆炸試驗檢驗有限元模型的準確性，為后續下肢保護裝置的設計奠定基礎。2.1 整車有限元模型大規模的實車爆炸試驗不適合作為研究乘員下肢損傷的主要方式，有限元仿真方法作為爆炸領域常用的分析手段，具有研究周期短、可重復性好的優點，被國內外學者廣泛應用在防護
兵器裝備工程學報 2022年3期2022-04-08
- 納米流控膠筒蜂窩骨架共面壓縮吸能特性研究*
10]研究了5種胞元壁厚邊長比的蜂窩結構的力學性能，試驗與數值模擬結果表明，初始峰值應力和平臺應力均隨著壁厚邊長比的增大而增大，平臺區是蜂窩結構吸收能量最重要的階段。虞科炯等[11]提出了一種負泊松比金屬鋁蜂窩結構，通過數值模擬得到了沖擊速度、胞壁厚度等結構參數對蜂窩結構變形模式、動態響應和吸能特性的影響。吉美娟等[12]研究了紙蜂窩厚度對沖擊加速度響應、變形特征和緩沖吸能特性的影響規律，結果表明，低沖擊能量作用下蜂窩厚度的增加降低了結構的緩沖吸能特性，高
石油機械 2022年12期2022-02-13
- 宏觀負泊松比板架結構遠場水下抗爆性能研究
載荷時，負泊松比胞元的橫向收縮可一定程度地提高板架結構承載能力［2-3］；在爆炸載荷作用下，宏觀負泊松比板架結構獨特的壓阻效應會使胞元結構向變形區域聚集以減小板架結構整體的變形或破壞［4-5］。此外，宏觀負泊松比結構還具有可設計性，通過合理設計結構參數可達到目標力學性能要求［6］。本文設計與某船船殼加筋板結構相同質量和空間尺寸的宏觀負泊松比板架結構，研究兩種結構在遠場水下爆炸作用下的抗爆性能；分析在同空間不等質量條件下，宏觀負泊松比板架結構各參數變化對其抗
船舶 2021年6期2022-01-11
- 3D打印Ti6Al4V多孔材料壓縮性能
料性能因素方面，胞元類型以及孔隙率、孔徑等結構參數是主要因素.目前最為適合植入體材料的胞元設計仍無定論，因此嘗試采用新穎的設計方法進行多孔材料的胞元設計并探究材料性能調控方法仍是研究的重點.拓撲優化是一種在工程領域用于結構輕量化以及性能優化的技術，具有通過調節結構參數實現結構力學性能調控的能力.但是優化后結構形狀復雜，采用傳統制造方法加工遇到瓶頸.隨著激光選區熔化技術的誕生和發展，其可制造形狀任意、特征復雜結構的能力滿足了成形拓撲優化結構的要求.因此，拓撲
北京工業大學學報 2021年11期2021-11-17
- 基于人工神經網絡的聲子晶體逆向設計1)
問題轉化為對單元胞元拓撲結構多組分材料的分類問題,突破了以往研究方法中因材料種類有限和材料分布單一帶來的樣本分布集中的局限性.在本文提出的逆向設計方法中,多任務學習實現了多分層結構各區域材料的分布問題,Softmax 邏輯回歸則實現了各區域材料種類的選擇問題.本文的主要內容為:首先,隨機生成大量拓撲結構樣本,進而采用有限元方法得到每個樣本的帶隙,然后,通過神經網絡建立帶隙和拓撲結構之間的映射關系,最后利用訓練好的神經網絡設計具有目標帶隙特性的聲子晶體.1
力學學報 2021年7期2021-11-09
- 火炮發射載荷下負泊松比蜂窩結構抗沖擊性能研究
方向上采用13個胞元，在豎直方向上采用12個胞元。圖4 負泊松比復合減載組件幾何模型示意圖胞元斜胞壁長度l為2 mm，水平胞壁長度h為4 mm，胞壁厚度d為0.5 mm，胞元內角λ為-30°，如圖5所示。圖5 內凹蜂窩胞元結構2)單元類型施壓板、傳壓板、碟簧、蜂窩封裝殼體采用SOLID164單元，內凹蜂窩胞壁選用SHELL163殼單元。蜂窩結構沿厚度(軸向)方向保持不變，由于四周受剛性約束，蜂窩胞元只能產生橫截面內位移，因此計算中限制整個蜂窩模型所有節點的
兵器裝備工程學報 2021年10期2021-11-08
- X滑移型負泊松比結構設計及特性分析
泊松比結構是利用胞元內部的空隙隱藏體積，在特定的條件下釋放，形成負泊松比。大多數人工負泊松比結構材料的實現方式是采用類似于鉸鏈結構，利用材料轉動變形產生負泊松比特性。但是鉸鏈結構并非是機械結構上的鉸鏈，而是利用材料變形產生位移達到鉸鏈效果，這樣對材料性質以及幾何尺寸的要求非常高，而且對脆性材料非常不友好。由于大多數人工負泊松比結構材料采用機械結構中的鉸鏈實現拉脹特性，而鉸鏈在機構學又是轉動副的典型代表，因此有理由相信機構學里面的其他運動副也可以實現負泊松比
信息記錄材料 2021年10期2021-10-25
- 面向增材制造的微桁架胞元幾何與力學性能分析
長方體空間衍生的胞元結構參數化建模方法及其力學性能；LI P等[5]使用激光選區熔化成形技術制備了BBC型點陣結構并進行了壓縮試驗，采用有限元方法研究了結構變形過程；MASKERY I等[6]研究了SLM成形Al-Si10-Mg鋁合金梯度分布點陣結構的力學性能，并對成形態、熱處理態的均布/梯度分布的點陣結構性能進行了對比分析；AMANI Y等[7]采用SLM成形技術制備了FCC型點陣結構并進行了壓縮試驗，通過CT檢測得到了壓縮變形行為，并建立了考慮微缺陷的
機械制造與自動化 2021年4期2021-08-13
- 林木聯合采育機蜂窩結構進料輥關鍵技術與應用性能研究
求，對雙箭頭蜂窩胞元結構進行改造，提出一種新型蜂窩結構并命名為雙V附翼型蜂窩。結合現有的進料輥設計，提出一種基于雙V附翼型蜂窩（double V-wings honeycomb，DVWH）的林木聯合采育機進料輥，輥型雙V蜂窩結構作為進料輥的柔性蜂窩填充結構。輥型雙V蜂窩結構的動態沖擊模型可作為蜂窩設計選擇的規律與預測的參考。對伐木工況低速沖擊下輥型雙V蜂窩結構的力學與吸能特性進行探究，并引入不同胞元結構的六角蜂窩進行蜂窩進料輥應用性能參照對比。從輥型蜂窩結
安徽農業大學學報 2021年3期2021-08-13
- 納米流控封隔器膠筒蜂窩骨架承壓性能研究*
窩結構進行探究。胞元參數是決定蜂窩骨架力學性能的基礎參數，本文利用ANSYS Workbench軟件，研究了橡膠蜂窩結構的變形模式，獲得了靜態壓縮載荷作用下胞元參數對正六邊形橡膠蜂窩骨架承壓性能的影響規律。1 橡膠蜂窩骨架模型建立納米流控封隔器膠筒由蜂窩骨架包覆納米流控系統構成[5]。納米流控系統由液體和納米多孔介質組成，以懸濁液的形態存在，需采用封口的蜂窩骨架將其包覆封裝。蜂窩形狀選用內空間最大的正六邊形。圖1為蜂窩骨架模型及蜂窩胞元參數示意圖。其中，l
石油機械 2021年7期2021-07-12
- 基于阻抗失配原理的L延拓型船用隔振基座研究
提出一種L延拓型胞元結構形式，其胞元內部包含多組L型轉角結構，使得振動波發生多次波型轉換，以有效抑制振動波的傳遞。通過直壁基座與新型一體化基座進行有限元對比分析，討論驗證用新型胞元代替直壁結構所體現的隔振優勢，為船用隔振基座設計提供一種新的結構形式，對艦船減振降噪設計具有一定的軍事價值。1 振動波傳遞和隔振評價理論1.1 L型結構振動波傳遞特性式中：vx1(x)，vx2(y)分別為板1，2中的質點沿x軸方向的振速；vy1(x)，vy2(y)分別為板1，2中
中國艦船研究 2021年3期2021-06-08
- 負泊松比結構應用于拱結構中的探索
、負泊松比結構為胞元的穹頂結構,并探究這些結構在頂部受壓時的力學特性,研究表明以負泊松比結構為胞元的穹頂結構具有優良的抗壓痕性與能量吸收性[17]。拱結構能將結構受到的豎向荷載或面外力轉化為軸力[1],本文分別以實心均質拱結構、網格型拱結構、內凹六邊形拱結構為研究對象,分析其在水平受壓、水平受拉、豎直受壓3種受力狀態下的拱寬變化,并探究3種拱結構拱寬變化差異的機制。本文著眼于拱結構在外荷載作用下產生水平軸力的力學特性[19],將平面結構彎起成拱,使負泊松比
南京工業大學學報(自然科學版) 2021年3期2021-05-31
- 設計參數對負泊松比結構抗爆性能的影響研究
主要設計參數，如胞元長度、胞元高度、胞元夾角、胞壁厚度和芯層梯度等，對夾芯結構抗爆炸性能的影響。1 有限元模型圖1給出了包含TNT、空氣流場和負泊松比夾芯板的有限元模型，其中TNT和空氣采用任意拉格朗日歐拉算法(ALE)模擬，負泊松比夾芯板采用有限元方法模擬，兩種算法之間采用流固耦合算法(FSI)進行耦合計算。圖1 負泊松比夾芯板有限元模型示意圖其中TNT當量為10 kg，材料采用Jones-Wilkins-Lee(JWL)狀態方程[11-12]：表1 T
兵器裝備工程學報 2021年4期2021-05-06
- 胞元尺寸對六邊形聚氨酯蜂窩結構泊松比和吸收能量的影響
的研究主要集中在胞元結構的設計，整體結構的梯度化設計，結構的動態沖擊、變形機理方面[8-13]。在胞元結構的設計方面，研究集中在胞元單個幾何參數對結構泊松比和能量吸收的影響方面。YANG等[14]研究了六邊形蜂窩的肋長度、寬度以及凹角對蜂窩結構泊松比的影響。吳秉鴻等[15]研究了星形多孔材料薄壁結構層數、壁厚對多孔材料隔振基座強度與減振性能的影響。目前，將試驗和模擬結合來討論胞元參數對蜂窩結構吸收能量影響的研究較少，為此，作者研究了胞元凹角、寬度、壁厚對六
機械工程材料 2021年3期2021-03-22
- 二維負剛度負泊松比超材料及其力學性能
決于內部微結構(胞元或功能基元)構造而非母材本身的性質。超材料在近年來受到廣泛關注，眾多學者對其進行了一系列研究[1-5]。負剛度超材料是其中重要的一個類別，其在變形時力與位移變化的方向相反[6-9]。Qiu等[10]提出了預成型余弦曲梁，該梁在中點受集中力時發生屈曲而產生負剛度效應。Correa 等[11]結合選擇性激光燒結技術，設計了一種負剛度蜂窩超材料，可用于抗沖擊吸能。Restrepo等[12]引入相變概念，研究了多層負剛度超材料結構的多穩態效應，
哈爾濱工程大學學報 2020年8期2020-11-13
- 板狀立方點陣超結構填充汽車吸能盒的抗沖擊吸能特性
過將不同板狀立方胞元組合，使其剛度達到近乎各向同性，并發現剛度各向同性板狀立方點陣比同等質量的桿狀點陣剛度高3倍?？梢?，通過對點結構的合理設計，可得到適用于不同工程需求的相對理想力學性能。本文設計并制備了4種板狀立方點陣結構樣品，對其準靜態壓縮實驗下變形機制和力學特性進行分析。結合沖擊動力學仿真，對所設計板狀立方點陣結構分別進行低速、高速沖擊仿真，探究其沖擊載荷下的吸能特性。最后將4種結構應用于汽車吸能盒設計，并在低速沖擊下將其抗沖擊性能及吸能特性與方形截
汽車安全與節能學報 2020年3期2020-10-21
- 閉孔泡沫金屬幾種不同建模方法的對比性研究
討泡沫金屬的細觀胞元結構對整體力學性能的影響，不少學者逐步開展了閉孔泡沫金屬的細觀建模方法研究。張健等[5]基于微CT掃描影像信息建立泡沫金屬二維細觀有限元模型，研究了在高速加載下泡沫金屬的壓縮變形機理。袁本立等[6]從不同類型的泡沫金屬單一胞元模型出發，研究了結構較為簡單的單心立方模型、面心立方模型和體心立方模型表征下泡沫金屬的力學性能，發現面心立方模型和體心立方模型能夠相對較好地預測泡沫金屬性質。Gibson等[7]提出構建了Gibson-Ashby泡
航空材料學報 2020年4期2020-08-24
- 林木聯合采育機進料輥填充蜂窩結構的力學特性1)
，并建立了該結構胞元發生彈性屈曲和塑性塌陷時的臨界應力公式，研究了胞元幾何參數與平臺應力的關系，通過對胞元平臺區的失效模式和平臺應力的分析，研究了此結構在失效時的力學性能。國內外已有很多關于將NPR蜂窩結構應用于輥型驅動結構的研究，例如一些蜂巢式非充氣輪胎的研究[23-25]。本研究提出了一種基于NPR結構的林木聯合采育機進料輥，如圖2所示?？梢钥闯?，在進料輥外圈與進料輥輪轂之間填充一種雙V附翼型NPR蜂窩結構，進料輥齒通過焊接、鉚接、粘結等方式固定于該結
東北林業大學學報 2020年6期2020-06-26
- 車輛蜂窩鋁合金技術及其數值分析研究
。單個蜂窩鋁合金胞元壁的厚度為0.25 mm，蜂窩鋁合金的胞元粘結壁厚為0.50 mm，單個蜂窩鋁合金胞元橫壁的長度為5.00 mm，單個蜂窩鋁合金胞元斜壁的長度為5.00 mm，蜂窩鋁合金上面板的厚度為1.00 mm，蜂窩鋁合金下面板的厚度為1.00 mm。蜂窩鋁合金試樣的高度為17.50 mm，整體長度為45.00 mm，整體寬度為43.30 mm。項目二試樣規格：單個蜂窩鋁合金胞元壁的厚度為0.30 mm，蜂窩鋁合金的胞元粘結壁厚為0.60 mm，其
中國新技術新產品 2020年5期2020-05-06
- 基于Miura折紙的蜂窩材料共面緩沖性能研究
況。正六邊形蜂窩胞元具有良好的面外剛度，但在承受共面壓縮時，會出現胞壁失穩等破壞，平臺應力較低，緩沖性能較差。為提高蜂窩材料的共面緩沖性能，研究人員對六邊形胞元進行了改進。Thomas[1]在鋁合金蜂窩胞元內增加水平加強筋以提高其剛度，采用試驗和仿真的手段研究了這種加強型六邊形蜂窩的共面剛度和耗能性能。也有學者采用具有負泊松比的胞元構建新型蜂窩，此類胞元種類繁多，例如內凹六邊形胞元、星型胞元、箭頭型胞元和手性胞元。在共面受壓時，負泊松比胞元的變形機制被激活
載人航天 2020年1期2020-03-03
- 沖擊荷載下金屬填充梁柱鋼節點動力學分析①
00)0 引 言胞元金屬材料[1](Cellular metal)作為一種結構功能性材料，具有較好的抗震耗能、隔聲隔熱性能，由于其優異的服役性能，現已作為構件填充料廣泛應用于建筑、機械、國防工程等領域[2-5]。在建筑工程中，板狀胞元金屬材料上下面復合鋼板，制作成夾芯復合材料，可極大地改善板材的抗彎抗壓性能[2-6]。填充物力學性能，如相對密度、基材參數等，將導致鋼構件的屈曲失穩類型從整體歐拉屈曲向局部皺曲過渡[7]。為使填充鋼結構的抗彎性能最優，張勇、Z
佳木斯大學學報（自然科學版） 2020年1期2020-02-28
- 多胞鞋底結構性能分析及胞元參數影響
邊形和四邊形夾心胞元,提出了一種新的多胞結構,并以蜂窩夾層板為例，對其進行數值模擬，驗證了結構的合理性。趙顯偉[5]對比分析了3種不同的蜂窩結構，驗證了蜂窩結構可滿足飛機面內低模量和面外高承載要求，為蜂窩結構在航天領域的應用作出了貢獻。何斌、李響[6]設計了一種由菱形和圓形組成的新型蜂窩結構，并用有限元法對其穩定性進行分析，得出該種蜂窩結構軸向承載力強，是一種綜合性能較強的創新力學結構，對蜂窩結構在抗壓、減振等方面的應用具有一定的借鑒。方廷[7]依據人體工
福建工程學院學報 2019年6期2019-12-20
- 面向行人下肢保護的蜂窩鋁吸能結構優化*
構由一個個六邊形胞元組成，如圖5所示，圖中的T軸稱之為強軸，W軸和L軸稱之為弱軸，整個蜂窩結構在強軸方向的承載沖擊能力要明顯大于弱軸方向。圖5 蜂窩式結構示意圖如圖6所示，根據前蒙皮與前保險杠防撞梁之間的吸能空間尺寸，設計蜂窩薄壁吸能結構左右側面之間寬度D為54 mm，防撞梁上下端面之間距離H為74 mm。設蜂窩吸能結構W向蜂窩胞元最大數目為n，為使蜂窩吸能結構可最大程度地利用吸能空間，設計數學關系式為圖6 汽車前端吸能空間大小為保證蜂窩模型結構規整化、充
汽車工程 2019年8期2019-09-04
- 特殊內凹形蜂窩結構等效扭轉剛度研究
了等效扭轉剛度與胞元幾何尺寸的關系，最后利用有限元數值方法對理論公式的正確性進行了驗證。1 蜂窩等效扭轉剛度理論推導1.1 薄板變形能內凹形蜂窩結構如圖1所示。圖1 蜂窩結構及胞元示意Fig.1 Honeycomb And Typical Cell在計算該蜂窩結構（圖1a所示）的等效扭轉剛度時，為了簡化計算過程，需要首先選取適當的蜂窩胞元，本文選取的典型胞元如圖1b所示，胞元各個胞壁的尺寸及胞壁的編號在圖1b中有明確標示。將胞元結構等效成為正交各項異性薄板
導彈與航天運載技術 2019年1期2019-02-19
- 基于Hyperworks的六邊形蜂窩板鋪層等效建模方法研究
，而沒有考慮蜂窩胞元壁板的伸縮變形，因此其公式帶有一定的誤差。Xia等[9]將蜂窩板各種等效方法進行計算并將計算結果進行了比較，但是卻沒有具體介紹等效方法。為了快速準確分析蜂窩板材力學特性，本文提出了一種基于Hypermesh的鋪層等效有限元建模方法，其計算結果與目前常用有限元建模方法比較可知，該方法具有更高的效率且準確可靠。1 蜂窩板的建模方法1.1 蜂窩板結構介紹在大多數工程應用中，蜂窩板是由上、下蒙皮和中間的蜂窩芯子構成，蒙皮與芯子采用黏結劑進行連接
振動與沖擊 2018年23期2018-12-21
- 薄膜型聲學超材料的低頻吸收性能研究
梁結構，可看作由胞元周期性排列構成的、具有雙負特性的聲學超材料模型(如圖1所示)。同時，超材料結構可以產生有效帶隙，很大程度上對材料結構中行波的傳播進行了有效的控制。根據帶有雙負特性的一維超材料梁結構[7]，本文提出一種薄膜超材料結構，該結構實現了以‘小尺寸控制大波長’，對于數百赫茲的低頻聲波可以很好地吸收。并且從理論上解釋了負有效質量。利用有限元軟件分析了子結構胞元和薄膜超材料的振動形態，探討了胞元結構與入射聲波的耦合形式，分析了在一段頻率范圍內聲波輻射
振動與沖擊 2018年14期2018-08-02
- 凹角蜂窩結構的面內低速沖擊力學性能分析
用下，分別研究了胞元凹角、胞元橫縱比、以及胞元壁厚對凹角蜂窩結構的負泊松比值、能量吸收和應力-應變關系的影響規律．得出了以下結論：胞元凹角的增大和胞元壁厚的減小會增大凹角蜂窩結構的負泊松比，胞元橫縱比的改變不會改變凹角蜂窩結構的負泊松比；胞元凹角的減小和胞元壁厚的增加會同時增加凹角蜂窩結構的總能量吸收效果和相對能量吸收效果；而胞元縱橫比的增加對凹角蜂窩結構總能量的吸收改變不大，橫縱比向加載力方向增加時，會增加相對能量吸收效果；胞元凹角、胞元縱橫比、以及胞元
三峽大學學報(自然科學版) 2017年5期2017-12-14
- 鋁蜂窩芯彈性參數的有限元仿真計算
求解其彈性參數的胞元模型，在有限元CAE軟件ABAQUS環境下得到了三方向彈性模量的數值結果。通過與試驗及解析結果的對比表明，該模型的計算精度較好。蜂窩芯；彈性模量；ABAQUS作為一類特殊的復合材料，鋁蜂窩夾層板具有重量輕、剛度大、強度高等特點，已廣泛應用在動車組內裝件中。因此，對其力學性能的計算分析便成為一個重要的課題。對于呈六邊形的鋁蜂窩芯子單元，其與水平方向呈θ角的4條邊長為l，厚度為t，豎直方向的2條邊長為h，厚度為2t，如圖1所示。圖1 鋁蜂窩
裝備制造技術 2017年9期2017-11-17
- 復雜多邊形蜂窩夾芯面內等效剪切模量研究
虛功原理計算蜂窩胞元在剪切載荷作用下的變形，推導出蜂窩夾芯面內等效剪切模量的解析表達式?？芍涸?span class="hl">胞元尺寸不變的條件下，蜂窩夾芯面內等效剪切模量隨胞元長斜邊與垂直方向夾角的增大而增大，隨胞元短斜邊與垂直方向夾角的增大而減小。最后建立蜂窩胞元的有限元模型進行數值分析，數值分析結果與理論分析結果誤差在2%以內，證明了理論分析方法的正確性。多邊形；蜂窩夾芯；剪切模量；歐拉梁；虛功原理0 引 言蜂窩夾層結構是由上下蒙皮和周期性多孔蜂窩夾芯構成的輕質結構材料，蜂窩夾層
導彈與航天運載技術 2017年2期2017-04-28
- 基于孔隙率累積增長的閉孔泡沫材料三維隨機建模*
均勻分割得到層疊胞元空間，每個胞元空間內隨機生成一個球體以形成基礎孔隙造型，球體空腔均勻度因子控制基礎造型隨機性；胞元空間逐次隨機生成若干球體空腔并通過相交特性判定，累積得到有效空腔造型，結合基于優化搜索的孔隙率自適應增長算法，提高空腔造型效率，實現目標孔隙率控制建模；考慮泡沫材料工藝及其真實幾何特性，實現泡沫材料大空腔和連通缺陷建模。閉孔泡沫材料；隨機造型；橢球相交；孔隙率累積增長0 引 言泡沫材料多孔細觀結構特性決定其變形、失效、破壞機制，進而決定材料
功能材料 2016年9期2016-10-19
- 基于拓撲優化的非均勻蜂窩結構設計與建模
度結果映射為蜂窩胞元的相對密度分布矩陣，通過用戶自定義特征以及參考基準的循環定義提高建模的自動化程度，實現非均勻蜂窩結構的快速建模。仿真結果表明，非均勻蜂窩結構力學性能更優，驗證了該方法的有效性。蜂窩結構；拓撲優化；CAD建模；ANSYS仿真0 引言在航空航天、軌道交通等行業產品的設計中，結構的輕量化不僅可以減少產品制造與運行的能源消耗，而且可以為產品帶來更遠的射程、更高的機動性以及更優越的動靜態性能，是關系到產品競爭力的關鍵指標。近年來隨著材料制備和成形
制造業自動化 2016年8期2016-09-12
- 艦艇新型宏觀負泊松比效應蜂窩舷側防護結構*
負泊松比效應蜂窩胞元特殊結構構型設計，實現中等彈速下良好抗爆抗沖擊性能。利用有限元動力學分析軟件，研究魚雷或導彈水下對舷側防護結構的撞擊侵入和穿透過程，對比研究了不同蜂窩構型、材料、胞元尺寸和胞壁厚度對舷側結構抗沖擊性能的影響。結果表明，蜂窩防護結構具有良好的抗沖擊性能，負泊松比蜂窩構型較正泊松比蜂窩構型抗沖擊性能更優。固體力學；艦船防護結構；非線性有限元；蜂窩結構；負泊松比；負泊松比結構；抗沖擊為提高抗爆抗沖擊能力，現代艦艇在舷側設置空艙+液艙+空艙的多
爆炸與沖擊 2015年2期2015-04-12
- 基于三維胞元空間的MA 雙向并行路由算法
法的啟示，在三維胞元模型［7］的基礎上提出了MA 雙向并行(3D—BPMA)路由算法。該算法根據三維胞元系統的特點，將整個三維空間按縱向和橫向分別劃分為不同的集合，不同集合間通過并行克隆的方式產生MA，提高了整個網絡的訪問速度。1 相關模型1.1 三維胞元空間模型以參考點O 為坐標原點建立三維坐標系如圖1 所示［7］，其中，節點i 的坐標為(xi，yi，zi)，其所在的胞元坐標為(XI，YI，ZI)，Rmax是節點最大通信半徑，在三維胞元空間內規定胞子只能
傳感器與微系統 2015年7期2015-03-30
- 土體力學特性顆粒尺度效應的理論與試驗研究
-加強顆?！蓖馏w胞元模型，并通過一系列的三軸試驗，初步驗證了屈服應力的模型預測與試驗結果的一致性，但文中僅把加強顆粒視為具有相同粒徑的球體并未考慮其級配對屈服應力理論計算結果的影響，且未對模型中的應變梯度和內稟尺度等反映土體顆粒尺度效應的微細觀參數作出定量計算和物理機制分析。本文基于土體胞元理論模型，進一步提出基于顆粒間相互作用產生黏聚和摩擦的物理效應而非純粹幾何尺寸作為劃分顆粒尺度層次的依據，劃分膠結性的黏聚顆粒和耗散性的摩擦顆粒構造可反映土體內部材料信
巖土力學 2015年1期2015-03-03
- 基于三維胞元空間的能量高效性多通道協作路由算法
效率。本文在3維胞元空間模型的基礎上提出了多層胞元通道模型，并提出了 3D-EEMCR算法。路由方面，通過定義主通道和輔助通道相互協作周邊模式來繞過空洞區域；能量方面，算法權衡考慮節點的剩余能量和位置信息來自適應選舉胞父節點。2 算法模型2.1 網絡模型2.1.1 3維胞元空間模型 3維胞元空間[11]的模型結構如圖 1所示。節點通信半徑為 r，且 r∈[0,Rmax],Rmax為節點的最大通信半徑。節點 i的位置坐標記作(xi,yi,zi)，其所在胞元位
電子與信息學報 2014年3期2014-11-18
- 超輕多孔類蜂窩夾心結構創新構型及其力學性能
邊形和四邊形夾心胞元,以六邊形和四邊形的組合設計胞元結構,提出了類蜂窩夾層結構的概念并對其進行了創新構型;基于Gibson提出的胞元理論,建立了類蜂窩夾心結構力學等效模型,并推導出了等效模型的等效彈性常數公式。以衛星結構的蜂窩夾層板作為應用實例,對類蜂窩和正六邊形蜂窩夾心結構的等效力學常數進行了計算對比,結果表明:兩者的等效彈性模量近似相等,然而類蜂窩夾心結構的等效剪切模量卻有較大提高,同時等效密度更小,可有效減小結構的質量。對衛星結構類蜂窩夾心結構進行了
西安交通大學學報 2014年9期2014-08-08
- 顆粒材料剪脹性的微觀力學分析
結構入手，用孔隙胞元（void cell）描述顆粒材料的最小單元，進行雙軸剪切試驗，給出剪切過程中孔隙胞元體積變形的空間分布和演化過程，探討顆粒材料的膨脹性對加載過程中應力比與內部結構的依賴關系，解釋排列密實顆粒材料在剪切過程中先壓縮后膨脹的微觀機制。2 孔隙胞元系統顆粒體系的宏觀變形和力學特性，通常不是單個顆粒對外荷載的反應，而是顆粒在空間排列起來對外荷載的反應。因此，在研究顆粒材料的剪脹性之前，必須先明確顆粒體系內部的微觀結構。為了描述顆粒體系的分布特
巖土力學 2013年5期2013-09-25
- 密排圓形胞元蜂窩面內等效彈性參數的模擬仿真
成。常見蜂窩夾芯胞元形式有正六邊形、正方形、圓形等，圓形又分為疏排圓形和密排圓形，材質可以是鋁合金、芳綸紙(Nomex紙)、玻璃布等;蒙皮可采用纖維板、鋁合金板等。蜂窩夾芯結構由于具有較高的比強度和較好的隔熱、耐沖擊等優點，因而在航空、航天等高科技領域有極廣泛的應用。目前，對蜂窩夾芯結構面內等效彈性參數的研究方法一般分為理論近似法、實驗法和數值模擬法。其中理論近似法是先對實際力學模型進行一定簡化假設，在理論上找出蜂窩夾芯結構的等效力學模型，分析時用等效力學
兵器裝備工程學報 2013年12期2013-09-12
- 具有負泊松比效應蜂窩材料的面內沖擊動力學性能＊
是材料具有內凹的胞元結構（即胞元擴張角θ小于零），研究較多的是六邊形蜂窩及其相應的內凹結構（見圖1）。多胞材料內凹微結構的存在，使它具有一些與實體材料不同的特殊性能。尤其在沖擊荷載作用下，胞元微拓撲結構的改變對材料局部動態應力演化過程的影響更加顯著。因此，如何建立內凹微拓撲結構參數與多胞材料動力學響應間的關系，也是具有負泊松比效應多胞材料力學性能研究的重要目標之一。具有負泊松比效應多胞材料最早由R.S.Lakes［2］制備，他通過對聚合物泡沫的三軸壓縮和熱
爆炸與沖擊 2012年5期2012-09-19
- 正六角形蜂窩芯層面內等效彈性參數研究
期在分析由周期性胞元構成的蜂窩材芯層強度時，通常假想地將其視為一塊均質各向異性薄板，并通過一系列彈性參數和結構特征胞元的變形滿足宏觀本構方程來描述其宏觀等效的力學彈性參數。關于等效彈性參數的理論分析，到目前為止，已有不少報道[1-5]。但是，在這些研究結果中，均忽略了胞元壁板剪切變形的影響。實際上，當蜂窩芯層較厚的時候，這種剪切變形不能忽略。在胞元壁板考慮剪切變形的情況下，本文擬就由圖1(a)所示的正六角形胞元周期性排列組成的圖1(b)中正六角形蜂窩芯層的
華東交通大學學報 2010年5期2010-03-23