多层梯度铝蜂窝板冲击大变形力学行为研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shan12
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六边形蜂窝夹芯板是一种高强度、低密度、轻质的结构,并且它已经被证明具有极佳的抗冲击以及吸能特性,所以在很多领域都有广泛的用途。但是目前大量的研究主要集中在单层铝蜂窝夹芯板以及多层复合材料夹芯板,对多层多梯度铝蜂窝夹芯板的研究相对较少,这严重阻碍了其在航空航天、轨道交通以及汽车行业的应用,因此开展多层梯度铝蜂窝夹芯板的研究具有重要意义。本文对粘接的梯度蜂窝夹芯板进行了分别进行了准静态下的平压、冲击状态下的平冲以及落锤冲击下的实验和有限元模拟研究,研究发现:在准静态压缩过程中,梯度率越大的铝蜂窝夹芯板的屈曲载荷越小而且其分层密实化现象越明显,蜂窝芯的变形顺序为低密度优先变形直至密实化,层级之间的密实化应变差随芯层密度的增大而逐渐减小,并且在相同的压头下压位移下其能量吸收越少。在高速平冲状态下,梯度铝蜂窝夹芯板并非严格按照准静态过程中逐级变形直至密实化的,而是在冲击板的冲击惯性及芯层密度的相互作用下整体发生的线弹性变形、弹性屈曲、塑性坍塌及密实化,另外,不同的梯度率的梯度蜂窝夹芯板的冲击载荷峰值与冲击端芯层的密度有关,冲击端芯层的密度越大,蜂窝夹芯板所能承受的冲击载荷峰值也就越高,同时经过实验和模拟研究,证明了对蜂窝夹芯板进行梯度的设计可以提高其在冲击前期的能量吸收能力,本文所设计的梯度率中,当梯度率为γ1=0.0276时,梯度蜂窝夹芯板的吸能性达到最好,相较于同等质量下的均质蜂窝夹芯板,能量吸收提高了10.63%。在落锤冲击下,蜂窝夹芯板质量及梯度率相同时,冲击速度对梯度蜂窝夹芯板的吸能性的影响主要体现在吸能量的变化率上,冲击速度越大,梯度蜂窝夹芯板初始阶段的能量吸收变化率也就越大,但是对于梯度蜂窝夹芯板试件总的能量吸收影响却很小,另外,在蜂窝夹芯板质量及冲击速度一定时,梯度率对蜂窝夹芯板的吸能性起到了至关重要的影响,但却不再一味地遵循平冲状态下蜂窝夹芯板随梯度率的增大其吸能性越好这一规律,并且随着冲击角度的减小,蜂窝芯层与面板之间分离现象越明显,另外锤头穿过芯层路径的变化对蜂窝夹芯板能量吸收无太大影响,而面板的破坏模式是影响梯度蜂窝夹芯板能量吸收的主要原因。
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