胞元_参考网

基于拓扑优化的变密度蜂窝结构参数化设计及冲击性能研究

在不改变单个蜂窝胞元结构的前提下,对其按照某一规律进行梯度设计,从而实现其结构的整体有序、充分变形。梯度分布增强设计作为提升蜂窝结构冲击性能的有效方式之一,国内外学者对此开展了大量研究,Hu等[18]采用将规则蜂窝边用二级蜂窝替代一级蜂窝边的方法构建了新型自相似梯度蜂窝,实现了其综合耐撞性能的提升;Zhang等[19]研究不同密度梯度的蜂窝结构的吸能性能,确定了蜂窝结构最优密度梯度排布方式;马芳武等[20]提出了一种仿生自相似分层蜂窝结构,实现了蜂窝在多种

振动与冲击 2023年22期2023-12-01

新型节圆正弦蜂窝面内压缩力学性能研究1)

)引言特殊设计的胞元构型可使蜂窝呈现出诸如负泊松比[1-2]和负刚度[3-4]等不同于传统材料的力学特性.与传统蜂窝材料相比,负泊松比蜂窝通常具有更高的比强度和比刚度、更好的抗冲击性能和抗侵彻性能[5-7],因而在汽车业、包装业、航空航天及军事工程等诸多领域备受青睐.研究者们设计了各种构型的负泊松比蜂窝,其中较为典型的有内凹六边形、星形、手性和双箭头型等[8-11].一些研究者还发现由两种典型构型形成的复合胞元构型可使蜂窝获得更优良的力学性能,例如,Hu

力学学报 2023年9期2023-10-29

多孔介质的胞元结构对燃烧温度分布的影响

它多胞材料类似,胞元是泡沫型多孔介质结构和功能的基本单位[3],众多胞元的交联组合形成了多孔介质的宏观结构,与燃烧有关的多孔介质物性参数如有效导热系数、容积换热系数、辐射衰减系数等均与多孔介质结构有着密切关联。其中,多孔介质孔径对辐射特性影响较大,当孔径增大时,辐射衰减系数减小,辐射穿透距离较远;当孔径减小时,多孔介质光学厚度相应增加,辐射会局限在一个较小的区域内[4-6]。同时,多孔介质的孔隙率和孔径对体系的对流换热系数也有一定程度的影响,孔隙率和平均孔

武汉科技大学学报 2023年5期2023-10-13

基于力学超材料的柔性机械臂设计技术

20]对大规模的胞元组装自动化系统进行了研究;文献[21]通过各向异性的可组装力学超材料设计了一根可变性梁,可作为蛇形机器人的主体在水中实现游动。综上所述,本文将力学超材料和柔性机械臂两者结合,研究以力学超材料为结构主体的柔性机械臂(以下简称柔性臂)设计技术。本文通过柔性臂单元的结构和分段常曲率假设,建立了胞元组的变形模型和变形参数的计算方法,得到了单节和多节的柔性臂单元变形预测模型,最后通过实验对预测模型进行了验证,完成了预定的弯曲角度和空间的检视。1

中国机械工程 2023年16期2023-09-06

基于复杂约束拓扑优化的负泊松比超材料设计

某一特定的结构(胞元)进行周期性地排列构成，其等效泊松比和等效弹性模量主要由构成该结构的基质材料和胞元的几何参数决定.自LAKES 等[2]成功制备出泊松比值为−0.7 的聚氨酯泡沫以来，负泊松比材料的研究进入到快速发展的阶段，现有的负泊松比材料设计通常是基于已有的负泊松比材料的胞元构型，通过理论公式来对所设计材料的力学性能进行预测.或通过经验，对现有的胞元构型进行改进.宫晓博[3]提出了一种改进的四角星形蜂窝结构，对该结构的弹性模量和剪切模量进行了理论分

北京理工大学学报 2023年8期2023-08-21

弧形双箭头蜂窝面内压缩性能试验与仿真

凹多边形以及手性胞元的蜂窝材料表现出不同于传统六边形蜂窝的负泊松比（Negative Poisson’s Ratio，NPR）特性，具有特殊的工程应用价值。在外载荷下，NPR材料表现出不同于传统材料的独特变形模式：在外力拉伸作用下，材料会垂直于加载方向膨胀；相应地，在压缩载荷下，材料会向受载区集聚，使局部密度增大，从而获得更好的抗冲击吸能效果。上述特性使得NPR材料具有比传统材料更高的平面剪切应力、剪切模量、挤压阻力和断裂韧性［1-2］，应用前景十分广阔［

华南理工大学学报（自然科学版） 2023年1期2023-03-15

基于均质化等效的点阵夹芯板仿真方法

而成。点阵单元即胞元，点阵材料的均质化就是对胞元进行等效简化。1.1 均质化等效方法对胞元结构进行均质化等效，等效体的应力等于胞元结构的平均应力，等效体的平均应变等于胞元结构的平均应变，如式（1）和式（2）所示。而等效体的平均应力和平均应变的本构关系模型如式（3）所示。式中：De—胞元结构的等效刚度矩阵。因此，胞元结构的均质化等效主要是求解胞元结构的等效刚度矩阵。式中：D—有限元的通用刚度矩阵。各向异性的材料的刚度矩阵有21个未知变量、正交各向异性的材料的

环境技术 2022年6期2023-01-25

力学超材料柔性后缘设计技术

三维超材料微结构胞元，在仿真结果的基础上完成机翼结构的整体设计，并通过增材制造技术完成机翼实物的制造、装配及性能测试。1 柔性后缘设计方案1.1 技术路线设计力学超材料单元时要考虑柔性后缘结构的变形、承载、驱动控制等要求，保证结构在稳定的同时产生较大的弯曲变形。针对这些需求，本文对基础翼型进行分析并建立有限元模型，针对目标襟翼柔性变形的要求，选用具有高弹性的零泊松比力学超材料为主体设计后缘变形结构，选用刚性较好的正泊松比结构作为增强结构以保证机翼后缘的承载

航空科学技术 2022年12期2022-12-27

改进星形蜂窝结构面内动力学响应及能量吸收特性研究

特性，并基于典型胞元的变形特征，构建了其理论模型。1 模型构建与可靠性分析1.1 几何构型基于星形蜂窝结构(SSH)，利用箭头代替了其水平壁，并引入了与四个凹角接触的薄壁方形，构建了改进星形蜂窝结构(ISSH)。两种蜂窝结构如图1所示，其中H是胞元的高度(H=10 mm)，S是胞元的长度，α是倾斜壁和水平方向之间的角度(α=π/6)，π/2-α是倾斜壁和垂直方向之间的角度，t是胞元壁的厚度，L是方形的边长，L1为倾斜壁的长度，L2为水平壁的长度，L3为箭头

振动与冲击 2022年23期2022-12-15

弧边内凹蜂窝负泊松比结构的面内冲击动力学数值研究

材料由周期排列的胞元构成，受到冲击时各胞元向载荷冲击点集中，从而使材料的抗压能力得到提升，材料具有高抗压性能[1−2]。传统材料(非负泊松比材料)受到纵向冲击时，材料横向发生膨胀，材料的抗压性能较低。同时，负泊松比多胞材料含有许多空隙，在受到外载时材料容易产生大的变形，从而具有较高的能量吸收效果[3−4]。负泊松比多胞材料除了具有良好的力学性能，胞元之间的空隙使得其具有较低的结构密度。负泊松比材料的优良力学性能使其广泛应用于实际工程中，例如：利用其高剪切模

工程力学 2022年12期2022-11-30

形内自相似层级类蜂窝面外冲击特性研究

的最优层数。单个胞元对性能的提升有限，将胞元按照相同或不同的形式在空间中进行堆垛排列，形成一种序构，该序构可有序或无序，亦或层级，其引发基元间的耦合，可对性能有更大的提升。而恰恰蜂窝胞元是功能基元的典型结构。RODERIC[6]对层级结构进行了定义，认为将层级结构引入到轻质多孔蜂窝结构中形成层级蜂窝结构，具有提高多孔材料强度与能量吸收性能的优点。AJDARI等[7]对具有自相似组织特性的层级蜂窝结构的面内力学性能进行了研究，发现一级和二级蜂窝比同质量的传统

河北科技大学学报 2022年5期2022-11-28

纳米流控封隔器胶筒一级蜂窝骨架承压分析*

进行研究，得到了胞元参数对零级正六边形橡胶蜂窝骨架的承压性能的影响规律[14]。相比零级蜂窝结构，一级蜂窝具有更加优越的力学性能。因此笔者采用一级橡胶蜂窝骨架作为纳米流控系统的包覆结构，对该骨架的静力学特性进行了有限元模拟研究，得到了橡胶蜂窝结构的变形模式，以及胞元参数对一级橡胶蜂窝骨架承压性能的影响规律。1 模型的确定一级橡胶蜂窝骨架是用一个较小的正六边形橡胶蜂窝骨架胞元(边长为l1)将零级橡胶蜂窝(边长为l)的顶点替代而成。定义一级橡胶蜂窝骨架胞元顶点

石油机械 2022年10期2022-11-05

基于梯度方形蜂窝结构支架缓冲装置性能研究

图 1 所示，其胞元的等效弹性参数决定整体结构的力学性能，因此笔者基于胞元材料理论对其等效弹性参数进行理论推导。通过对六边形蜂窝结构等效参数的研究，推导出方形蜂窝胞元的等效弹性参数。式中：Ex、Ey为面内等效弹性模量；Gxy为面内等效剪切模量；δ为胞元厚度；Es为材料弹性模量；l为胞元边长。方形蜂窝胞元的等效密度ρ*及面外刚度Sz分别为：式中：ρs为材料密度。将胞元等效为等体积实心单元，则等效单元在yz面上与胞元有相同的剪切模量，则得到等效单元总变形能胞元

矿山机械 2022年10期2022-10-20

一种正、负和零泊松比相互转换的新策略

究中根据材料内部胞元的变形机制，负泊松比材料可分为内凹型[8]、手性型[12]、旋转型[13]和穿孔型[14]。Gibson等[15]提出了内凹型蜂窝结构。Master等[16]发现了二维内凹结构的负泊松比行为。当在任一方向施加载荷时，对角肋的移动方式会导致另一个方向的负泊松比效应。另一种由于内凹性而表现出负泊松比效应的多胞结构是双箭头[17-18]和星形[19]。这些结构中的负泊松比机制类似于内凹结构。在拉伸过程中，双箭头和星形单元打开，导致拉胀效应。P

哈尔滨工程大学学报 2022年9期2022-10-09

胞元结构准静态压缩力学行为及吸能特性研究

430033)胞元结构在工程之中广泛存在，凭借良好的综合力学特性，其在生物医药、交通运输、建筑结构、机械工程、减振降噪、防火隔热、分子材料、防务技术等[1-8]多领域得到了重点关注与研究。胞元结构一般可以分为夹层结构[9]、类蜂窝结构[10]和点阵结构[11]，它们通常由板材、桁架、节点通过均匀排布、交错排布、梯度布置等方式组合而成，其制造工艺主要有焊接、热熔、电熔、铸造、3D打印等。Gibson[12]对多孔固体进行了深入的研究，从线弹性变形、弹性屈曲

振动与冲击 2022年17期2022-09-23

周期性夹芯板脱焊损伤识别方法研究

成，其中间结构由胞元阵列[7-9]组成。夹芯板在制造和服役过程中因焊接质量造成的虚焊和因外部疲劳载荷造成的脱粘均会形成脱焊损伤，如果作为关键受力部件，构件损伤将给生产安全带来极大危害，因此对夹芯板的损伤检测是十分必要的。国内外学者基于固有频率、模态振型、振型曲率、模态应变能等参数提出了不同的损伤检测方法。文献[10]以曲率模态差值作为损伤指标，将实验模态分析与有限元模拟相结合，能够对损伤部位进行检测和识别。文献[11]通过导波相控成像算法有效地识别了铝板的

河南科技大学学报(自然科学版) 2022年6期2022-09-14

梯度蜂窝加筋板的弯曲变形及优化设计1)

凹蜂窝型梯度结构胞元尺寸与胞元凹角，分析了梯度结构在爆炸冲击环境下冲击波衰减效率和力学响应规律。Shao等[13]研究了不同压缩速率对梯度木制素蜂窝变形行为和压碎应力的影响。本文基于三点弯曲实验的加载位置及支承方式，将梯度蜂窝型胞元引入加筋板加筋层设计当中，通过控制质量参数，分别设计制备壁厚梯度形式和孔隙率梯度形式两种梯度多孔结构加筋板，研究梯度多孔蜂窝结构对加筋板弯曲性能的影响。1 模型设计及参数1.1 设计思路由文献[14]可知三点弯曲实验下蜂窝加筋板

力学与实践 2022年4期2022-08-19

聚酰亚胺复合膜的泊松比设计

界区域连接的刚性胞元，孔间边界区域模拟铰链，允许刚性胞元绕孔间边界区域“铰链”旋转，从而表现出效泊松比的现象。 Hou等[16]讨论了使用 Kevlar 机织织物/914 环氧预浸料和 Kirigami 技术制造的分级蜂窝结构的拉胀性。Bertoldi等[17]对由“Feguramed GmbH”制造而成的加成固化硅橡胶(sil AD spezial,SADS)进行圆形阵列研究时发现,单轴压缩的屈曲结果会产生椭圆孔阵列。他们进一步分析了孔隙率对等效泊松比的

空间电子技术 2022年2期2022-06-02

胞元结构对点阵多孔材料力学性能的影响

CC、SP和GY胞元构成的点阵均质及功能梯度材料的刚度、吸能效率等性能[15]；CAO等研究了SLM制备的菱形十二面体其形状参数对点阵多孔材料力学及能量吸收性能的影响[16]。尼龙材料因其较优的耐磨性、耐腐蚀性和力学性能被广泛应用于服饰、工程和医疗等领域。目前国内外对尼龙点阵多孔材料力学性能的研究报道较少，彭刚等通过实验法对随机多孔尼龙材料的弯曲强度进行了研究[17]；JIN等通过优化胞元尺寸参数提高了BCC尼龙点阵多孔材料力学性能[18]；NEFF等通过

西安科技大学学报 2022年2期2022-04-28

基于胞元拓扑优化法的内凹六边形负泊松比超材料结构设计

构的设计转换成了胞元拓扑优化设计，采用胞元拓扑优化法对内凹六边形微结构进行拓扑优化，将优化得到的胞元微结构按一定周期进行排列从而获得负泊松比超材料结构。1 内凹六边形负泊松材料计算理论1.1 负泊松比材料作用机理泊松比是衡量材料在承受纵向力时的横向尺寸变化力学参数。负泊松比是在考虑正负应变的前提下，横向应变和纵向应变的比值相反数，其数学表达式为，式中，εx，εz分别为横向应变和纵向应变；Δx，Δz分别为结构受荷后的横向变形和纵向变形。一般情况下，泊松比大小

安徽建筑大学学报 2022年1期2022-04-26

爆炸载荷下负泊松比下肢保护装置参数分析

了双箭头负泊松比胞元主要的设计参数(胞壁厚度、胞元夹角和胞元半宽)对负泊松比下肢保护装置防护性能的影响。2 爆炸环境下乘员下肢响应仿真与试验以国内某军用防护车辆为试炸车型，取乘员约束系统为主要研究模型，并通过实车爆炸试验检验有限元模型的准确性，为后续下肢保护装置的设计奠定基础。2.1 整车有限元模型大规模的实车爆炸试验不适合作为研究乘员下肢损伤的主要方式，有限元仿真方法作为爆炸领域常用的分析手段，具有研究周期短、可重复性好的优点，被国内外学者广泛应用在防护

兵器装备工程学报 2022年3期2022-04-08

纳米流控胶筒蜂窝骨架共面压缩吸能特性研究*

10]研究了5种胞元壁厚边长比的蜂窝结构的力学性能，试验与数值模拟结果表明，初始峰值应力和平台应力均随着壁厚边长比的增大而增大，平台区是蜂窝结构吸收能量最重要的阶段。虞科炯等[11]提出了一种负泊松比金属铝蜂窝结构，通过数值模拟得到了冲击速度、胞壁厚度等结构参数对蜂窝结构变形模式、动态响应和吸能特性的影响。吉美娟等[12]研究了纸蜂窝厚度对冲击加速度响应、变形特征和缓冲吸能特性的影响规律，结果表明，低冲击能量作用下蜂窝厚度的增加降低了结构的缓冲吸能特性，高

石油机械 2022年12期2022-02-13

宏观负泊松比板架结构远场水下抗爆性能研究

载荷时，负泊松比胞元的横向收缩可一定程度地提高板架结构承载能力［2-3］；在爆炸载荷作用下，宏观负泊松比板架结构独特的压阻效应会使胞元结构向变形区域聚集以减小板架结构整体的变形或破坏［4-5］。此外，宏观负泊松比结构还具有可设计性，通过合理设计结构参数可达到目标力学性能要求［6］。本文设计与某船船壳加筋板结构相同质量和空间尺寸的宏观负泊松比板架结构，研究两种结构在远场水下爆炸作用下的抗爆性能；分析在同空间不等质量条件下，宏观负泊松比板架结构各参数变化对其抗

船舶 2021年6期2022-01-11

3D打印Ti6Al4V多孔材料压缩性能

料性能因素方面，胞元类型以及孔隙率、孔径等结构参数是主要因素.目前最为适合植入体材料的胞元设计仍无定论，因此尝试采用新颖的设计方法进行多孔材料的胞元设计并探究材料性能调控方法仍是研究的重点.拓扑优化是一种在工程领域用于结构轻量化以及性能优化的技术，具有通过调节结构参数实现结构力学性能调控的能力.但是优化后结构形状复杂，采用传统制造方法加工遇到瓶颈.随着激光选区熔化技术的诞生和发展，其可制造形状任意、特征复杂结构的能力满足了成形拓扑优化结构的要求.因此，拓扑

北京工业大学学报 2021年11期2021-11-17

基于人工神经网络的声子晶体逆向设计1)

问题转化为对单元胞元拓扑结构多组分材料的分类问题,突破了以往研究方法中因材料种类有限和材料分布单一带来的样本分布集中的局限性.在本文提出的逆向设计方法中,多任务学习实现了多分层结构各区域材料的分布问题,Softmax 逻辑回归则实现了各区域材料种类的选择问题.本文的主要内容为:首先,随机生成大量拓扑结构样本,进而采用有限元方法得到每个样本的带隙,然后,通过神经网络建立带隙和拓扑结构之间的映射关系,最后利用训练好的神经网络设计具有目标带隙特性的声子晶体.1

力学学报 2021年7期2021-11-09

火炮发射载荷下负泊松比蜂窝结构抗冲击性能研究

方向上采用13个胞元，在竖直方向上采用12个胞元。图4 负泊松比复合减载组件几何模型示意图胞元斜胞壁长度l为2 mm，水平胞壁长度h为4 mm，胞壁厚度d为0.5 mm，胞元内角λ为-30°，如图5所示。图5 内凹蜂窝胞元结构2)单元类型施压板、传压板、碟簧、蜂窝封装壳体采用SOLID164单元，内凹蜂窝胞壁选用SHELL163壳单元。蜂窝结构沿厚度(轴向)方向保持不变，由于四周受刚性约束，蜂窝胞元只能产生横截面内位移，因此计算中限制整个蜂窝模型所有节点的

兵器装备工程学报 2021年10期2021-11-08

X滑移型负泊松比结构设计及特性分析

泊松比结构是利用胞元内部的空隙隐藏体积，在特定的条件下释放，形成负泊松比。大多数人工负泊松比结构材料的实现方式是采用类似于铰链结构，利用材料转动变形产生负泊松比特性。但是铰链结构并非是机械结构上的铰链，而是利用材料变形产生位移达到铰链效果，这样对材料性质以及几何尺寸的要求非常高，而且对脆性材料非常不友好。由于大多数人工负泊松比结构材料采用机械结构中的铰链实现拉胀特性，而铰链在机构学又是转动副的典型代表，因此有理由相信机构学里面的其他运动副也可以实现负泊松比

信息记录材料 2021年10期2021-10-25

面向增材制造的微桁架胞元几何与力学性能分析

长方体空间衍生的胞元结构参数化建模方法及其力学性能；LI P等[5]使用激光选区熔化成形技术制备了BBC型点阵结构并进行了压缩试验，采用有限元方法研究了结构变形过程；MASKERY I等[6]研究了SLM成形Al-Si10-Mg铝合金梯度分布点阵结构的力学性能，并对成形态、热处理态的均布/梯度分布的点阵结构性能进行了对比分析；AMANI Y等[7]采用SLM成形技术制备了FCC型点阵结构并进行了压缩试验，通过CT检测得到了压缩变形行为，并建立了考虑微缺陷的

机械制造与自动化 2021年4期2021-08-13

林木联合采育机蜂窝结构进料辊关键技术与应用性能研究

求，对双箭头蜂窝胞元结构进行改造，提出一种新型蜂窝结构并命名为双V附翼型蜂窝。结合现有的进料辊设计，提出一种基于双V附翼型蜂窝（double V-wings honeycomb，DVWH）的林木联合采育机进料辊，辊型双V蜂窝结构作为进料辊的柔性蜂窝填充结构。辊型双V蜂窝结构的动态冲击模型可作为蜂窝设计选择的规律与预测的参考。对伐木工况低速冲击下辊型双V蜂窝结构的力学与吸能特性进行探究，并引入不同胞元结构的六角蜂窝进行蜂窝进料辊应用性能参照对比。从辊型蜂窝结

安徽农业大学学报 2021年3期2021-08-13

纳米流控封隔器胶筒蜂窝骨架承压性能研究*

窝结构进行探究。胞元参数是决定蜂窝骨架力学性能的基础参数，本文利用ANSYS Workbench软件，研究了橡胶蜂窝结构的变形模式，获得了静态压缩载荷作用下胞元参数对正六边形橡胶蜂窝骨架承压性能的影响规律。1 橡胶蜂窝骨架模型建立纳米流控封隔器胶筒由蜂窝骨架包覆纳米流控系统构成[5]。纳米流控系统由液体和纳米多孔介质组成，以悬浊液的形态存在，需采用封口的蜂窝骨架将其包覆封装。蜂窝形状选用内空间最大的正六边形。图1为蜂窝骨架模型及蜂窝胞元参数示意图。其中，l

石油机械 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

提出一种L延拓型胞元结构形式，其胞元内部包含多组L型转角结构，使得振动波发生多次波型转换，以有效抑制振动波的传递。通过直壁基座与新型一体化基座进行有限元对比分析，讨论验证用新型胞元代替直壁结构所体现的隔振优势，为船用隔振基座设计提供一种新的结构形式，对舰船减振降噪设计具有一定的军事价值。1 振动波传递和隔振评价理论1.1 L型结构振动波传递特性式中：vx1(x)，vx2(y)分别为板1，2中的质点沿x轴方向的振速；vy1(x)，vy2(y)分别为板1，2中

中国舰船研究 2021年3期2021-06-08

负泊松比结构应用于拱结构中的探索

、负泊松比结构为胞元的穹顶结构,并探究这些结构在顶部受压时的力学特性,研究表明以负泊松比结构为胞元的穹顶结构具有优良的抗压痕性与能量吸收性[17]。拱结构能将结构受到的竖向荷载或面外力转化为轴力[1],本文分别以实心均质拱结构、网格型拱结构、内凹六边形拱结构为研究对象,分析其在水平受压、水平受拉、竖直受压3种受力状态下的拱宽变化,并探究3种拱结构拱宽变化差异的机制。本文着眼于拱结构在外荷载作用下产生水平轴力的力学特性[19],将平面结构弯起成拱,使负泊松比

南京工业大学学报(自然科学版) 2021年3期2021-05-31

设计参数对负泊松比结构抗爆性能的影响研究

主要设计参数，如胞元长度、胞元高度、胞元夹角、胞壁厚度和芯层梯度等，对夹芯结构抗爆炸性能的影响。1 有限元模型图1给出了包含TNT、空气流场和负泊松比夹芯板的有限元模型，其中TNT和空气采用任意拉格朗日欧拉算法(ALE)模拟，负泊松比夹芯板采用有限元方法模拟，两种算法之间采用流固耦合算法(FSI)进行耦合计算。图1 负泊松比夹芯板有限元模型示意图其中TNT当量为10 kg，材料采用Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程[11-12]：表1 T

兵器装备工程学报 2021年4期2021-05-06

胞元尺寸对六边形聚氨酯蜂窝结构泊松比和吸收能量的影响

的研究主要集中在胞元结构的设计，整体结构的梯度化设计，结构的动态冲击、变形机理方面[8-13]。在胞元结构的设计方面，研究集中在胞元单个几何参数对结构泊松比和能量吸收的影响方面。YANG等[14]研究了六边形蜂窝的肋长度、宽度以及凹角对蜂窝结构泊松比的影响。吴秉鸿等[15]研究了星形多孔材料薄壁结构层数、壁厚对多孔材料隔振基座强度与减振性能的影响。目前，将试验和模拟结合来讨论胞元参数对蜂窝结构吸收能量影响的研究较少，为此，作者研究了胞元凹角、宽度、壁厚对六

机械工程材料 2021年3期2021-03-22

二维负刚度负泊松比超材料及其力学性能

决于内部微结构(胞元或功能基元)构造而非母材本身的性质。超材料在近年来受到广泛关注，众多学者对其进行了一系列研究[1-5]。负刚度超材料是其中重要的一个类别，其在变形时力与位移变化的方向相反[6-9]。Qiu等[10]提出了预成型余弦曲梁，该梁在中点受集中力时发生屈曲而产生负刚度效应。Correa 等[11]结合选择性激光烧结技术，设计了一种负刚度蜂窝超材料，可用于抗冲击吸能。Restrepo等[12]引入相变概念，研究了多层负刚度超材料结构的多稳态效应，

哈尔滨工程大学学报 2020年8期2020-11-13

板状立方点阵超结构填充汽车吸能盒的抗冲击吸能特性

过将不同板状立方胞元组合，使其刚度达到近乎各向同性，并发现刚度各向同性板状立方点阵比同等质量的杆状点阵刚度高3倍。可见，通过对点结构的合理设计，可得到适用于不同工程需求的相对理想力学性能。本文设计并制备了4种板状立方点阵结构样品，对其准静态压缩实验下变形机制和力学特性进行分析。结合冲击动力学仿真，对所设计板状立方点阵结构分别进行低速、高速冲击仿真，探究其冲击载荷下的吸能特性。最后将4种结构应用于汽车吸能盒设计，并在低速冲击下将其抗冲击性能及吸能特性与方形截

汽车安全与节能学报 2020年3期2020-10-21

闭孔泡沫金属几种不同建模方法的对比性研究

讨泡沫金属的细观胞元结构对整体力学性能的影响，不少学者逐步开展了闭孔泡沫金属的细观建模方法研究。张健等[5]基于微CT扫描影像信息建立泡沫金属二维细观有限元模型，研究了在高速加载下泡沫金属的压缩变形机理。袁本立等[6]从不同类型的泡沫金属单一胞元模型出发，研究了结构较为简单的单心立方模型、面心立方模型和体心立方模型表征下泡沫金属的力学性能，发现面心立方模型和体心立方模型能够相对较好地预测泡沫金属性质。Gibson等[7]提出构建了Gibson-Ashby泡

航空材料学报 2020年4期2020-08-24

林木联合采育机进料辊填充蜂窝结构的力学特性1)

，并建立了该结构胞元发生弹性屈曲和塑性塌陷时的临界应力公式，研究了胞元几何参数与平台应力的关系，通过对胞元平台区的失效模式和平台应力的分析，研究了此结构在失效时的力学性能。国内外已有很多关于将NPR蜂窝结构应用于辊型驱动结构的研究，例如一些蜂巢式非充气轮胎的研究[23-25]。本研究提出了一种基于NPR结构的林木联合采育机进料辊，如图2所示。可以看出，在进料辊外圈与进料辊轮毂之间填充一种双V附翼型NPR蜂窝结构，进料辊齿通过焊接、铆接、粘结等方式固定于该结

东北林业大学学报 2020年6期2020-06-26

车辆蜂窝铝合金技术及其数值分析研究

。单个蜂窝铝合金胞元壁的厚度为0.25 mm，蜂窝铝合金的胞元粘结壁厚为0.50 mm，单个蜂窝铝合金胞元横壁的长度为5.00 mm，单个蜂窝铝合金胞元斜壁的长度为5.00 mm，蜂窝铝合金上面板的厚度为1.00 mm，蜂窝铝合金下面板的厚度为1.00 mm。蜂窝铝合金试样的高度为17.50 mm，整体长度为45.00 mm，整体宽度为43.30 mm。项目二试样规格：单个蜂窝铝合金胞元壁的厚度为0.30 mm，蜂窝铝合金的胞元粘结壁厚为0.60 mm，其

中国新技术新产品 2020年5期2020-05-06

基于Miura折纸的蜂窝材料共面缓冲性能研究

况。正六边形蜂窝胞元具有良好的面外刚度，但在承受共面压缩时，会出现胞壁失稳等破坏，平台应力较低，缓冲性能较差。为提高蜂窝材料的共面缓冲性能，研究人员对六边形胞元进行了改进。Thomas[1]在铝合金蜂窝胞元内增加水平加强筋以提高其刚度，采用试验和仿真的手段研究了这种加强型六边形蜂窝的共面刚度和耗能性能。也有学者采用具有负泊松比的胞元构建新型蜂窝，此类胞元种类繁多，例如内凹六边形胞元、星型胞元、箭头型胞元和手性胞元。在共面受压时，负泊松比胞元的变形机制被激活

载人航天 2020年1期2020-03-03

冲击荷载下金属填充梁柱钢节点动力学分析①

00)0 引言胞元金属材料[1](Cellular metal)作为一种结构功能性材料，具有较好的抗震耗能、隔声隔热性能，由于其优异的服役性能，现已作为构件填充料广泛应用于建筑、机械、国防工程等领域[2-5]。在建筑工程中，板状胞元金属材料上下面复合钢板，制作成夹芯复合材料，可极大地改善板材的抗弯抗压性能[2-6]。填充物力学性能，如相对密度、基材参数等，将导致钢构件的屈曲失稳类型从整体欧拉屈曲向局部皱曲过渡[7]。为使填充钢结构的抗弯性能最优，张勇、Z

佳木斯大学学报（自然科学版） 2020年1期2020-02-28

多胞鞋底结构性能分析及胞元参数影响

边形和四边形夹心胞元,提出了一种新的多胞结构,并以蜂窝夹层板为例，对其进行数值模拟，验证了结构的合理性。赵显伟[5]对比分析了3种不同的蜂窝结构，验证了蜂窝结构可满足飞机面内低模量和面外高承载要求，为蜂窝结构在航天领域的应用作出了贡献。何斌、李响[6]设计了一种由菱形和圆形组成的新型蜂窝结构，并用有限元法对其稳定性进行分析，得出该种蜂窝结构轴向承载力强，是一种综合性能较强的创新力学结构，对蜂窝结构在抗压、减振等方面的应用具有一定的借鉴。方廷[7]依据人体工

福建工程学院学报 2019年6期2019-12-20

面向行人下肢保护的蜂窝铝吸能结构优化*

构由一个个六边形胞元组成，如图5所示，图中的T轴称之为强轴，W轴和L轴称之为弱轴，整个蜂窝结构在强轴方向的承载冲击能力要明显大于弱轴方向。图5 蜂窝式结构示意图如图6所示，根据前蒙皮与前保险杠防撞梁之间的吸能空间尺寸，设计蜂窝薄壁吸能结构左右侧面之间宽度D为54 mm，防撞梁上下端面之间距离H为74 mm。设蜂窝吸能结构W向蜂窝胞元最大数目为n，为使蜂窝吸能结构可最大程度地利用吸能空间，设计数学关系式为图6 汽车前端吸能空间大小为保证蜂窝模型结构规整化、充

汽车工程 2019年8期2019-09-04

特殊内凹形蜂窝结构等效扭转刚度研究

了等效扭转刚度与胞元几何尺寸的关系，最后利用有限元数值方法对理论公式的正确性进行了验证。1 蜂窝等效扭转刚度理论推导1.1 薄板变形能内凹形蜂窝结构如图1所示。图1 蜂窝结构及胞元示意Fig.1 Honeycomb And Typical Cell在计算该蜂窝结构（图1a所示）的等效扭转刚度时，为了简化计算过程，需要首先选取适当的蜂窝胞元，本文选取的典型胞元如图1b所示，胞元各个胞壁的尺寸及胞壁的编号在图1b中有明确标示。将胞元结构等效成为正交各项异性薄板

导弹与航天运载技术 2019年1期2019-02-19

基于Hyperworks的六边形蜂窝板铺层等效建模方法研究

，而没有考虑蜂窝胞元壁板的伸缩变形，因此其公式带有一定的误差。Xia等[9]将蜂窝板各种等效方法进行计算并将计算结果进行了比较，但是却没有具体介绍等效方法。为了快速准确分析蜂窝板材力学特性，本文提出了一种基于Hypermesh的铺层等效有限元建模方法，其计算结果与目前常用有限元建模方法比较可知，该方法具有更高的效率且准确可靠。1 蜂窝板的建模方法1.1 蜂窝板结构介绍在大多数工程应用中，蜂窝板是由上、下蒙皮和中间的蜂窝芯子构成，蒙皮与芯子采用黏结剂进行连接

振动与冲击 2018年23期2018-12-21

薄膜型声学超材料的低频吸收性能研究

梁结构，可看作由胞元周期性排列构成的、具有双负特性的声学超材料模型(如图1所示)。同时，超材料结构可以产生有效带隙，很大程度上对材料结构中行波的传播进行了有效的控制。根据带有双负特性的一维超材料梁结构[7]，本文提出一种薄膜超材料结构，该结构实现了以‘小尺寸控制大波长’，对于数百赫兹的低频声波可以很好地吸收。并且从理论上解释了负有效质量。利用有限元软件分析了子结构胞元和薄膜超材料的振动形态，探讨了胞元结构与入射声波的耦合形式，分析了在一段频率范围内声波辐射

振动与冲击 2018年14期2018-08-02

凹角蜂窝结构的面内低速冲击力学性能分析

用下，分别研究了胞元凹角、胞元横纵比、以及胞元壁厚对凹角蜂窝结构的负泊松比值、能量吸收和应力-应变关系的影响规律．得出了以下结论：胞元凹角的增大和胞元壁厚的减小会增大凹角蜂窝结构的负泊松比，胞元横纵比的改变不会改变凹角蜂窝结构的负泊松比；胞元凹角的减小和胞元壁厚的增加会同时增加凹角蜂窝结构的总能量吸收效果和相对能量吸收效果；而胞元纵横比的增加对凹角蜂窝结构总能量的吸收改变不大，横纵比向加载力方向增加时，会增加相对能量吸收效果；胞元凹角、胞元纵横比、以及胞元

三峡大学学报(自然科学版) 2017年5期2017-12-14

铝蜂窝芯弹性参数的有限元仿真计算

求解其弹性参数的胞元模型，在有限元CAE软件ABAQUS环境下得到了三方向弹性模量的数值结果。通过与试验及解析结果的对比表明，该模型的计算精度较好。蜂窝芯；弹性模量；ABAQUS作为一类特殊的复合材料，铝蜂窝夹层板具有重量轻、刚度大、强度高等特点，已广泛应用在动车组内装件中。因此，对其力学性能的计算分析便成为一个重要的课题。对于呈六边形的铝蜂窝芯子单元，其与水平方向呈θ角的4条边长为l，厚度为t，竖直方向的2条边长为h，厚度为2t，如图1所示。图1 铝蜂窝

装备制造技术 2017年9期2017-11-17

复杂多边形蜂窝夹芯面内等效剪切模量研究

虚功原理计算蜂窝胞元在剪切载荷作用下的变形，推导出蜂窝夹芯面内等效剪切模量的解析表达式。可知：在胞元尺寸不变的条件下，蜂窝夹芯面内等效剪切模量随胞元长斜边与垂直方向夹角的增大而增大，随胞元短斜边与垂直方向夹角的增大而减小。最后建立蜂窝胞元的有限元模型进行数值分析，数值分析结果与理论分析结果误差在2%以内，证明了理论分析方法的正确性。多边形；蜂窝夹芯；剪切模量；欧拉梁；虚功原理0 引 言蜂窝夹层结构是由上下蒙皮和周期性多孔蜂窝夹芯构成的轻质结构材料，蜂窝夹层

导弹与航天运载技术 2017年2期2017-04-28

基于孔隙率累积增长的闭孔泡沫材料三维随机建模*

均匀分割得到层叠胞元空间，每个胞元空间内随机生成一个球体以形成基础孔隙造型，球体空腔均匀度因子控制基础造型随机性；胞元空间逐次随机生成若干球体空腔并通过相交特性判定，累积得到有效空腔造型，结合基于优化搜索的孔隙率自适应增长算法，提高空腔造型效率，实现目标孔隙率控制建模；考虑泡沫材料工艺及其真实几何特性，实现泡沫材料大空腔和连通缺陷建模。闭孔泡沫材料；随机造型；椭球相交；孔隙率累积增长0　引　言泡沫材料多孔细观结构特性决定其变形、失效、破坏机制，进而决定材料

功能材料 2016年9期2016-10-19

基于拓扑优化的非均匀蜂窝结构设计与建模

度结果映射为蜂窝胞元的相对密度分布矩阵，通过用户自定义特征以及参考基准的循环定义提高建模的自动化程度，实现非均匀蜂窝结构的快速建模。仿真结果表明，非均匀蜂窝结构力学性能更优，验证了该方法的有效性。蜂窝结构；拓扑优化；CAD建模；ANSYS仿真0　引言在航空航天、轨道交通等行业产品的设计中，结构的轻量化不仅可以减少产品制造与运行的能源消耗，而且可以为产品带来更远的射程、更高的机动性以及更优越的动静态性能，是关系到产品竞争力的关键指标。近年来随着材料制备和成形

制造业自动化 2016年8期2016-09-12

舰艇新型宏观负泊松比效应蜂窝舷侧防护结构*

负泊松比效应蜂窝胞元特殊结构构型设计，实现中等弹速下良好抗爆抗冲击性能。利用有限元动力学分析软件，研究鱼雷或导弹水下对舷侧防护结构的撞击侵入和穿透过程，对比研究了不同蜂窝构型、材料、胞元尺寸和胞壁厚度对舷侧结构抗冲击性能的影响。结果表明，蜂窝防护结构具有良好的抗冲击性能，负泊松比蜂窝构型较正泊松比蜂窝构型抗冲击性能更优。固体力学；舰船防护结构；非线性有限元；蜂窝结构；负泊松比；负泊松比结构；抗冲击为提高抗爆抗冲击能力，现代舰艇在舷侧设置空舱+液舱+空舱的多

爆炸与冲击 2015年2期2015-04-12

基于三维胞元空间的MA 双向并行路由算法

法的启示，在三维胞元模型［7］的基础上提出了MA 双向并行(3D—BPMA)路由算法。该算法根据三维胞元系统的特点，将整个三维空间按纵向和橫向分别划分为不同的集合，不同集合间通过并行克隆的方式产生MA，提高了整个网络的访问速度。1 相关模型1.1 三维胞元空间模型以参考点O 为坐标原点建立三维坐标系如图1 所示［7］，其中，节点i 的坐标为(xi，yi，zi)，其所在的胞元坐标为(XI，YI，ZI)，Rmax是节点最大通信半径，在三维胞元空间内规定胞子只能

传感器与微系统 2015年7期2015-03-30

土体力学特性颗粒尺度效应的理论与试验研究

-加强颗粒”土体胞元模型，并通过一系列的三轴试验，初步验证了屈服应力的模型预测与试验结果的一致性，但文中仅把加强颗粒视为具有相同粒径的球体并未考虑其级配对屈服应力理论计算结果的影响，且未对模型中的应变梯度和內禀尺度等反映土体颗粒尺度效应的微细观参数作出定量计算和物理机制分析。本文基于土体胞元理论模型，进一步提出基于颗粒间相互作用产生黏聚和摩擦的物理效应而非纯粹几何尺寸作为划分颗粒尺度层次的依据，划分胶结性的黏聚颗粒和耗散性的摩擦颗粒构造可反映土体内部材料信

岩土力学 2015年1期2015-03-03

基于三维胞元空间的能量高效性多通道协作路由算法

效率。本文在3维胞元空间模型的基础上提出了多层胞元通道模型，并提出了 3D-EEMCR算法。路由方面，通过定义主通道和辅助通道相互协作周边模式来绕过空洞区域；能量方面，算法权衡考虑节点的剩余能量和位置信息来自适应选举胞父节点。2 算法模型2.1 网络模型2.1.1 3维胞元空间模型 3维胞元空间[11]的模型结构如图 1所示。节点通信半径为 r，且 r∈[0,Rmax],Rmax为节点的最大通信半径。节点 i的位置坐标记作(xi,yi,zi)，其所在胞元位

电子与信息学报 2014年3期2014-11-18

超轻多孔类蜂窝夹心结构创新构型及其力学性能

边形和四边形夹心胞元,以六边形和四边形的组合设计胞元结构,提出了类蜂窝夹层结构的概念并对其进行了创新构型;基于Gibson提出的胞元理论,建立了类蜂窝夹心结构力学等效模型,并推导出了等效模型的等效弹性常数公式。以卫星结构的蜂窝夹层板作为应用实例,对类蜂窝和正六边形蜂窝夹心结构的等效力学常数进行了计算对比,结果表明:两者的等效弹性模量近似相等,然而类蜂窝夹心结构的等效剪切模量却有较大提高,同时等效密度更小,可有效减小结构的质量。对卫星结构类蜂窝夹心结构进行了

西安交通大学学报 2014年9期2014-08-08

颗粒材料剪胀性的微观力学分析

结构入手，用孔隙胞元（void cell）描述颗粒材料的最小单元，进行双轴剪切试验，给出剪切过程中孔隙胞元体积变形的空间分布和演化过程，探讨颗粒材料的膨胀性对加载过程中应力比与内部结构的依赖关系，解释排列密实颗粒材料在剪切过程中先压缩后膨胀的微观机制。2 孔隙胞元系统颗粒体系的宏观变形和力学特性，通常不是单个颗粒对外荷载的反应，而是颗粒在空间排列起来对外荷载的反应。因此，在研究颗粒材料的剪胀性之前，必须先明确颗粒体系内部的微观结构。为了描述颗粒体系的分布特

岩土力学 2013年5期2013-09-25

密排圆形胞元蜂窝面内等效弹性参数的模拟仿真

成。常见蜂窝夹芯胞元形式有正六边形、正方形、圆形等，圆形又分为疏排圆形和密排圆形，材质可以是铝合金、芳纶纸(Nomex纸)、玻璃布等;蒙皮可采用纤维板、铝合金板等。蜂窝夹芯结构由于具有较高的比强度和较好的隔热、耐冲击等优点，因而在航空、航天等高科技领域有极广泛的应用。目前，对蜂窝夹芯结构面内等效弹性参数的研究方法一般分为理论近似法、实验法和数值模拟法。其中理论近似法是先对实际力学模型进行一定简化假设，在理论上找出蜂窝夹芯结构的等效力学模型，分析时用等效力学

兵器装备工程学报 2013年12期2013-09-12

具有负泊松比效应蜂窝材料的面内冲击动力学性能＊

是材料具有内凹的胞元结构（即胞元扩张角θ小于零），研究较多的是六边形蜂窝及其相应的内凹结构（见图1）。多胞材料内凹微结构的存在，使它具有一些与实体材料不同的特殊性能。尤其在冲击荷载作用下，胞元微拓扑结构的改变对材料局部动态应力演化过程的影响更加显著。因此，如何建立内凹微拓扑结构参数与多胞材料动力学响应间的关系，也是具有负泊松比效应多胞材料力学性能研究的重要目标之一。具有负泊松比效应多胞材料最早由R.S.Lakes［2］制备，他通过对聚合物泡沫的三轴压缩和热

爆炸与冲击 2012年5期2012-09-19

正六角形蜂窝芯层面内等效弹性参数研究

期在分析由周期性胞元构成的蜂窝材芯层强度时，通常假想地将其视为一块均质各向异性薄板，并通过一系列弹性参数和结构特征胞元的变形满足宏观本构方程来描述其宏观等效的力学弹性参数。关于等效弹性参数的理论分析，到目前为止，已有不少报道[1-5]。但是，在这些研究结果中，均忽略了胞元壁板剪切变形的影响。实际上，当蜂窝芯层较厚的时候，这种剪切变形不能忽略。在胞元壁板考虑剪切变形的情况下，本文拟就由图1(a)所示的正六角形胞元周期性排列组成的图1(b)中正六角形蜂窝芯层的

华东交通大学学报 2010年5期2010-03-23