冲击载荷作用下弹性/粘弹性多胞材料的动力响应

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zcsq1987
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多胞材料在自然界中具有独特的力学性质,作为一种理想的吸能材料,其在许多工程中的应用日益广泛。尽可能利用多胞材料的吸能特性,实现其优化设计成为了学术研究的焦点问题之一。粘弹性材料本身也具有极好的能量耗散性能,如何有效地结合两者优异的吸能特性,研究出抗冲击能力优良的吸能材料,对工程和生活中的缓冲防震具有重要意义。本论文基于有限元模拟,建立了不同多孔弹性材料/弹性-粘弹性材料一体的组合结构模型,讨论了胞元形状、材料参数比、粘弹性耗散速率比以及冲击速度对材料吸能特性的影响。本文的主要研究内容如下:(1)研究了具有不同胞元形状的弹性多胞材料在不同冲击速度下的能量吸收能力以及动力学响应;建立了基本的弹性多胞结构模型,在不同胞元质量一定的情况下,详细分析了理想弹塑性正方形、圆环、六边形胞元在大变形压缩过程中,弹性波在多胞结构中的传播过程以及模型的动态变形过程。基于正方形、圆环以及六边形多胞结构面内冲击性能,给出了在面内冲击荷载作用下,不同形状胞元的动态变形机制和能量吸收能力。研究结果表明,六边形胞元的能量吸收能力最强,圆环次之,正方形的能量吸收能力最弱。(2)研究了弹性-粘弹性材料一体化多胞结构在不同冲击速度和粘弹衰减速率下的能量吸收能力以及动力学特性;在质量一定的情况下,建立了弹塑性外框的正方形胞元和粘弹性填充物的圆环胞元一体化多胞结构模型,讨论了不同冲击速度和粘弹衰减速率对多胞材料面内冲击性能的影响,得到了在面内冲击荷载作用下,弹性-粘弹性材料一体化的能量吸收能力。研究表明,在同一粘弹衰减速率的前提下,速度越大,在同一应变范围内,能量吸收能力越强;在同一冲击速度下,低粘弹衰减速率的能量吸收能力比高粘弹衰减速率的多胞结构强。(3)研究了具有不同胞元形状的弹性-粘弹性材料一体化多胞结构的面内冲击性能;基于一定的质量,分别在冲击速度为低速、中速以及高速下,建立了能量吸收能力较好的圆环和六边形胞元弹性-粘弹性材料一体化多胞结构模型,详细分析了不同胞元形状对其组合多胞结构能量吸收率的影响以动力学响应。研究结果表明,六边形胞元的弹性-粘弹性一体化结构模型的能量吸收能力在不同速度下均比圆环胞元更强。
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