絲瓜絡(luò)具有優(yōu)異的力學(xué)性能,受此啟發(fā)設(shè)計(jì)出絲瓜絡(luò)仿生夾芯結(jié)構(gòu)。以熱塑性聚氨酯為原料,采用3D打印技術(shù)制備絲瓜絡(luò)仿生夾芯材料,并進(jìn)行靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)與有限元仿真。研究了絲瓜絡(luò)仿生夾芯結(jié)構(gòu)在靜態(tài)載荷作用下的變形情況以及緩沖性能,并進(jìn)行響應(yīng)面分析獲得最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。結(jié)果表明,壁板折疊角度(θ)對(duì)緩沖性能影響不大,通過(guò)降低壁板長(zhǎng)度(a)可有效提升緩沖性能。 

【文章來(lái)源】：塑料工業(yè). 2020年07期 第65-69頁(yè) 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

絲瓜絡(luò)基本組成結(jié)構(gòu)

本研究基于RVE(特征單元)構(gòu)建仿生結(jié)構(gòu)，每個(gè)RVE模型一共包含三個(gè)層級(jí)，分別命名為一級(jí)、二級(jí)、和三級(jí)其中一級(jí)只包含一塊壁板，對(duì)應(yīng)著a;二級(jí)包含兩塊壁板，對(duì)應(yīng)著b1和b2;三級(jí)包含四塊壁板，對(duì)應(yīng)著c1、c2、c3和c4。每一級(jí)都在上一級(jí)的基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)θ角度，同一級(jí)之間的夾角為2θ。其中REV的長(zhǎng)和寬分別對(duì)應(yīng)著l和w，且l>l2>l1，其中a、b、c、l、w代表長(zhǎng)度，θ代表折疊角度，其中a=b1=b2。在此，以15°折疊角和壁板長(zhǎng)度6 mm進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明。1.4 樣品制備

本研究采用施加位移方式控制上離散剛體擠壓TPU模型，實(shí)現(xiàn)模擬準(zhǔn)靜態(tài)壓縮過(guò)程。上離散剛體只在y方向可以自由移動(dòng)，在x和z兩個(gè)方向施加位移約束，同時(shí)約束三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)自由度，確保模型在壓縮過(guò)程當(dāng)中，剛體不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。下離散剛體采用完全固定方式約束剛體，即完全固定三個(gè)坐標(biāo)軸方向的位移自由度與三個(gè)坐標(biāo)軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。所有載荷與約束施加到剛體上的參考點(diǎn)，方便在后期確定剛體區(qū)域。為保證仿真TPU模型在受壓過(guò)程中初始和結(jié)束狀態(tài)為準(zhǔn)靜態(tài)，避兔壓板初始和終止加速度對(duì)仿真產(chǎn)生影響，采用平滑幅值方式控制上壓板位移與時(shí)間關(guān)系，上壓板平均載荷速度為1 m/s以達(dá)到準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)果[16]。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中對(duì)網(wǎng)格敏感度進(jìn)行分析，結(jié)果表明TPU模型網(wǎng)格尺寸設(shè)置為1 mm，約束剛體設(shè)置為2 mm，能夠平衡計(jì)算精度和計(jì)算效率，可以有效避免結(jié)果中應(yīng)力奇異現(xiàn)象。上、下離散剛性體選用R3D4單元，由于是規(guī)則的平面，所以選擇四邊形網(wǎng)格進(jìn)行劃分，一共得到280個(gè)單元。TPU模型選擇S4R單元，選擇殼單元，一共得到6 840個(gè)單元。2 結(jié)果與討論

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]3D打印連續(xù)芳綸纖維/聚乳酸波紋夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的壓縮性能研究[J]. 劉良強(qiáng),肖學(xué)良,董科,錢(qián)坤,周紅濤.  塑料工業(yè). 2020(01)
[2]靜態(tài)載荷下絲瓜絡(luò)的能量吸收性能研究[J]. 謝勇,劉林,高亞芳,張?jiān)姾?  包裝學(xué)報(bào). 2017(06)
[3]熔融沉積(FDM) 3D打印成形件的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究[J]. 高士友,黎宇航,周野飛,陸鑫,董齊,王賓,趙靜梅,肖雨晨.  塑性工程學(xué)報(bào). 2017(01)
[4]熱塑性聚氨酯彈性體力學(xué)性能和流變性能的研究[J]. 韓海軍,丁雪佳,張麗娟,張德強(qiáng),褚文娟,袁圓.  塑料工業(yè). 2010(S1)



本文編號(hào)：2906603