一种新型负泊松比蜂窝结构的冲击动力学研究

摘要

由于负泊松比结构具有良好的物理性能和优异的力学特性，因此在生物医学、汽车、船舶及航天航空等领域具有广泛的应用。随着负泊松比结构研究的不断深入，具有负泊松比效应的蜂窝结构也进入了研究者的探索范畴，由于负泊松比蜂窝结构具有很好的抗冲击特性，因而成为了人们研究的新热点。根据负泊松比蜂窝结构的变形机制和吸能特性之间的关系，本文在传统内凹型负泊松比蜂窝结构的基础上，增加了结构的变形机制，设计出了一种内凹加旋转型的负泊松比蜂窝结构。通过实验研究和有限元模拟，研究了负泊松比蜂窝结构的面内抗冲击性能，本文主要工作为： (1)在传统内凹型负泊松比蜂窝结构的基础上，设计出内凹型加旋转型的负泊松比蜂窝结构。利用3D打印技术设计和打印出新型的和传统内凹型的两种负泊松比蜂窝结构模型。 (2)对两种模蜂窝结构模型进行动力冲击试验研究，研究了不同冲击速度对两种模型的变形模式、动态响应和面内吸能特性的影响。并且比较两种结构在不同速度下的面内冲击吸能效果，进一步探讨两种蜂窝结构在冲击作用下的变形模式和动态响应行为，对两种模型的吸能性能进行分析。 (3)采用ANSYS/LS-DYNA软件对两种结构模型在不同速度下的冲击动力响应进行数值模拟，获取其变形模式和动态响应曲线。比较有限元值模拟与实验测试结果，分析两种模型的吸能性能与变形模式间的联系。 (4)在新设计的负泊松蜂窝结构的基础上，对结构模型进行优化设计，探讨结构尺寸对变形模式、动态响应以及吸能性能的影响。 研究结果表明，本文的结构模型与传统内凹型负泊松比蜂窝结构相比，表现出了更好的吸能效果。进行优化设计后的结构在中、高速下具有比前两种结构更强的抗冲击特性。综上所述，本文的模型表现出很好的抗冲击特性，为设计吸能结构的设计和应用提出了一种新的思路。

目录

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究状况

1.3本文的主要研究内容和创新点

第二章 新型负泊松比蜂窝结构设计

2.1负泊松比效应蜂窝结构及应用

2.2负泊松比结构的特性

2.3负泊松比蜂窝结构设计

2.4本章小结

第三章 负泊松比蜂窝结构3D打印制作

3.1金属3D打印技术的概述

3.2模型打印制作

3.3本章小结

第四章 模型冲击试验

4.1材料性能试验测试

4.2结构吸能性能评价指标

4.3模型试样压缩试验

4.4 模型冲击试验测试

4.5结论

4.6本章小结

第五章 模型动力冲击有限元数值模拟

5.1建立有限元模型

5.2模型的变形模式

5.3模型动态响应

5.4有限元计算与实验结果比较

5.5结论

5.6本章小结

第六章 结构模型优化设计

6.1结构胞元优化设计

6.2模型冲击试验

6.3有限元模拟计算

6.4结论

6.5本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢