可變形蜂窩結構的力學性能分析.pdf

1、蜂窩結構是一種輕質、多功能的多孔固體材料,應用范圍廣,發(fā)展?jié)摿Υ?。手性蜂窩結構(ChiralHoneycomb)是近些年發(fā)展的一種新型的蜂窩結構,該結構優(yōu)異的力學性能,可以實現面內變形,面外承載的雙重作用,可以應用在智能結構和變體飛行器中,在航空航天領域具有巨大發(fā)展?jié)摿Α?br>　　傳統(tǒng)的蜂窩結構泊松比一般為正的,無法滿足當前科技發(fā)展的需要。目前研究者將目光投向了能夠實現多功能的蜂窩材料。而手性蜂窩結構的泊松比可以為負的,并且可實現不同

2、的負泊松比。通過優(yōu)化參數,手性蜂窩結構可以同時實現可變形、輕質、高比剛度以及負泊松比特性。
　　本文介紹了蜂窩結構、負泊松比材料及蜂窩的發(fā)展與研究現狀,闡述了手性蜂窩結構的基本理論。成功的推導出四韌帶同向手性蜂窩結構(TetrachiralHoneycomb)的面內楊氏模量、泊松比、面外楊氏模量以及剪切模量上限。采用均勻化方法對四韌帶同向手性蜂窩結構的彈性模量和泊松比進行有限元計算和預測,并結合理論和實驗對其進行綜合的比較,研究了

3、四韌帶同向手性蜂窩結構力學性能與其幾何參數間的變化關系,同時得到了面外楊氏模量和面內楊氏模量間的變化關系,并且對其面外剪切模量的變化趨勢進行了分析。研究了四韌帶手性蜂窩同時實現最小密度和面內最大彈性模量以及面外最大楊氏模量和面外最小楊氏模量的可能性。通過對三韌帶手性蜂窩(TrichiralHoneycomb)進行拉伸實驗,對其面內的力學性能進行了探討,定性的分析了該類型蜂窩結構與其自身結構的幾何參數的關系,為以后對三韌帶手性蜂窩結構的進

4、一步的研究提供了參考。比較分析了六韌帶手性蜂窩結構(HexachiralHoneycomb)、四韌帶手性蜂窩以及三韌帶手性蜂窩結構的泊松比、楊氏模量,以及它們與幾何參數的關系。設計了手性蜂窩結構蒙皮承載實驗,探討了各類型手性蜂窩結構的面外承載能力。
　　本文通過對手性蜂窩結構的研究表明,手性蜂窩結構能夠實現面內低模量和面外高承載要求,可以用作變體飛行器的機翼蒙皮結構,航空航天的可展開結構,是一種新型的、能夠實現多功能化的蜂窩結構。