【摘要】：由于六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)具有一系列優(yōu)良特性且應(yīng)用廣泛,有必要對(duì)其進(jìn)行全面了解,實(shí)際應(yīng)用中常常被設(shè)計(jì)成面外和面內(nèi)兩個(gè)方向承受載荷,且多胞材料的性能與尺寸有很大相關(guān)性,尤其是面內(nèi)胞元個(gè)數(shù)的改變對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響需要進(jìn)一步細(xì)化研究。因此,面內(nèi)尺寸的改變?cè)诿鎯?nèi)壓縮時(shí)對(duì)試件力學(xué)參數(shù)的影響作為本文主要研究?jī)?nèi)容。在面內(nèi)壓縮中,無(wú)尺寸效應(yīng)影響情況下,應(yīng)變率對(duì)變形模態(tài)以及力學(xué)性能的影響也是我們關(guān)心的重點(diǎn)。本文通過(guò)試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究了面內(nèi)壓縮時(shí)面內(nèi)尺寸效應(yīng)對(duì)試件力學(xué)性能的影響,以及不同應(yīng)變率對(duì)變形模態(tài)和力學(xué)性能的影響:通過(guò)英斯特朗材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)3種相對(duì)密度、6種面內(nèi)尺寸共計(jì)18種六邊形鋁蜂窩塊體試件,分別從x1和x2方向進(jìn)行面內(nèi)單軸壓縮實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)不同面內(nèi)尺寸、不同密度蜂窩鋁試件在面內(nèi)單軸壓縮過(guò)程中變形模式相同,都為逐層周期性疊加直到壓實(shí)。對(duì)于力學(xué)性能方面,三種密度蜂窩鋁試件的密實(shí)化應(yīng)變均沒(méi)有對(duì)面內(nèi)尺寸表現(xiàn)出明顯的尺寸效應(yīng),可以認(rèn)為密實(shí)化應(yīng)變是一個(gè)穩(wěn)定的力學(xué)參數(shù);而宏觀剛度在x1和x2方向壓縮時(shí)都表現(xiàn)出了對(duì)面內(nèi)尺寸的敏感性,并隨著試件尺寸的增加而增大直到N×N=9×9時(shí)趨于穩(wěn)定;相對(duì)密度較小(t/D=0.016)的試件平臺(tái)應(yīng)力隨著面內(nèi)尺寸的增加而增大直到n×n=11×11時(shí)趨于穩(wěn)定,而對(duì)于t/d=0.026和0.02兩種試件的平臺(tái)應(yīng)力對(duì)于試件尺寸并不敏感;最后引入薄弱邊界層理論合理解釋了試件剛度在相對(duì)密度較小的情況下對(duì)面內(nèi)尺寸減小變得更為敏感的原因,通過(guò)理論公式推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了引用合理性;總之,在面內(nèi)受力的蜂窩材料使用中,為得到不受面內(nèi)尺寸效應(yīng)影響的具有穩(wěn)定力學(xué)參數(shù)的材料,應(yīng)該選擇胞元尺寸至少為n×n=11×11。然后采用abaqus有限元軟件,分別從x1和x2方向進(jìn)行面內(nèi)準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮數(shù)值模擬,分析變形模態(tài)以及平臺(tái)應(yīng)力和密實(shí)化應(yīng)變受面內(nèi)尺寸效應(yīng)的影響。結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相同,進(jìn)而驗(yàn)證了模型的可靠性。由上面對(duì)模型可靠性分析作為保障,采用abaqus有限元軟件,為不受尺寸效應(yīng)影響,建立相對(duì)密度t/d=0.016胞元尺寸為n×n=11×11的蜂窩鋁材料模型,分別進(jìn)行從x1和x2方向進(jìn)行面內(nèi)準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮數(shù)值模擬。發(fā)現(xiàn)不同應(yīng)變率對(duì)變形模態(tài)有明顯影響,在x1方向準(zhǔn)靜態(tài)及中等應(yīng)變率壓縮時(shí)試件橫向?qū)ΨQ軸附近胞元壁相互接觸呈“一”字型逐層疊加,直至試件完全密實(shí)化。x2方向準(zhǔn)靜態(tài)及中等應(yīng)變率壓縮時(shí)試件中心區(qū)域發(fā)生塑性變形,胞元以非對(duì)稱剪切變形模型破壞,然后胞壁呈三角形疊加并擠壓相鄰胞元,隨著進(jìn)一步壓縮逐層塑性疊加直至完全密實(shí)化。高應(yīng)變率時(shí),兩方向變形模態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闆_擊變形,慣性效應(yīng)明顯,上承載面隨著壓板的加載向下“i”型逐層疊加密實(shí)化。x1及x2方向壓縮時(shí)應(yīng)變率由準(zhǔn)靜態(tài)到低動(dòng)態(tài)再到?jīng)_擊狀態(tài)下的平臺(tái)應(yīng)力均呈明顯上升趨勢(shì),表現(xiàn)出較強(qiáng)應(yīng)變率敏感性;而在x2方向壓縮中密實(shí)化應(yīng)變只在應(yīng)變率達(dá)到500前有較小幅度的上升,之后在0.8附近波動(dòng),x1方向壓縮時(shí)密實(shí)化應(yīng)變沒(méi)有隨應(yīng)變率的增加而變化,而是在0.85附近波動(dòng)。所以蜂窩鋁材料為應(yīng)變率敏感材料。
[Abstract]:Because hexagonal honeycomb structures have a series of excellent characteristics and are widely used, it is necessary to have a comprehensive understanding of them. In practical applications, they are often designed to bear loads in both out-of-plane and in-plane directions, and the properties of polycellular materials are highly correlated with the size, especially the effect of the number of in-plane cells on the mechanical properties of structures. Therefore, the effect of in-plane dimension change on mechanical parameters of specimens during in-plane compression is the main content of this paper. In in-plane compression, the effect of strain rate on deformation mode and mechanical properties is also the focus of our attention without the influence of size effect. The effect of in-plane dimension on the mechanical properties of specimens under in-plane compression and the effect of different strain rates on the deformation modes and mechanical properties were investigated. The deformation modes of honeycomb aluminum specimens with different in-plane sizes and densities are the same during in-plane uniaxial compression, which are periodically superimposed layer by layer until compaction. The macro-stiffness is sensitive to the in-plane dimension when the specimen is compressed in the directions of x_1 and x_2, and tends to be stable when the specimen size increases until N N = 9 9, and the plateau stress of the specimen with smaller relative density (t/D = 0.016) increases with the in-plane dimension until n n = 11 11. The platform stress of t/d=0.026 and 0.02 specimens is not sensitive to the size of the specimens. Finally, the weak boundary layer theory is introduced to explain the reason why the stiffness of the specimens becomes more sensitive to the reduction of the in-plane size when the relative density is small. In the use of honeycomb materials subjected to in-plane force, in order to obtain materials with stable mechanical parameters which are not affected by in-plane size effect, the cell size should be at least n*n=11*11. Then the in-plane quasi-static uniaxial compression numerical simulation should be carried out by using ABAQUS finite element software from x_1 and x_2 directions, respectively, to analyze deformation modes and platform stress. The results are the same as those of the experiments, which verify the reliability of the model. Based on the above reliability analysis and ABAQUS finite element software, a honeycomb aluminum material model with relative density t/d=0.016 and cell size n*n=11*11 is established to avoid the influence of size effect. In-plane quasi-static uniaxial compression was numerically simulated in the directions of x_1 and x_2. It was found that different strain rates have obvious effects on the deformation modes. Under quasi-static and moderate strain rate compression in the direction of x_1, the cell walls near the transverse symmetric axis of the specimen were stacked layer by layer until the specimen was fully compacted. When the strain rate is high, the deformation modes of the two directions change to impact deformation, and the inertia effect is obvious, and the upper bearing surface is obvious. The strain rate increases obviously from quasi-static state to low dynamic state and then to impact state, showing a strong strain rate sensitivity, while the compacted strain increases only slightly before the strain rate reaches 500 in the direction of x2 compression. Then it fluctuates around 0.8, and the densification strain does not change with the increase of strain rate, but fluctuates around 0.85. So honeycomb aluminum is a strain rate sensitive material.
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.4

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本文編號(hào)：2211567