圓柱型蜂窩吸能特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、蜂窩因力學(xué)性能優(yōu)秀，常被用作車輛吸能裝置的吸能元件，但傳統(tǒng)的二維蜂窩具有成型工藝復(fù)雜、邊界效應(yīng)明顯、存在二次加工、外形通常為矩形塊狀難以適應(yīng)圓柱形安裝空間等缺點(diǎn)。本文提出一種新型蜂窩結(jié)構(gòu)——圓柱型蜂窩，并針對圓柱型蜂窩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對其成型工藝、吸能特性、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用進(jìn)行研究，為圓柱型蜂窩的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。工作如下:
　　(1)分析圓柱型蜂窩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定圓柱型蜂窩的成型工藝，推導(dǎo)圓柱型蜂窩的相對密度，定義圓柱

2、型蜂窩力學(xué)性能的四個評價參數(shù):初始峰值力、壓縮比、平均壓縮力和比吸能。
　　(2)對圓柱型蜂窩的軸向準(zhǔn)靜態(tài)壓縮和沖擊載荷下的吸能特性進(jìn)行仿真分析。首先，對圓柱型蜂窩進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮仿真分析，結(jié)果表明其壓縮力-位移曲線分為彈性變形階段、穩(wěn)定壓縮階段和壓實(shí)階段;其次，采用單一變量法對波紋片邊長a、波紋片厚度t1和平片厚度t2三個影響參數(shù)進(jìn)行多組仿真分析，得出隨著a減小、t1增大，吸能性能顯著增強(qiáng)，t2變化對其吸能特性影響不顯著，在t1和

3、t2增加量相同時，前者強(qiáng)度增加量約為后者的8倍;然后利用MATLAB對準(zhǔn)靜態(tài)壓縮強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值擬合，得出經(jīng)驗(yàn)公式，建立響應(yīng)面函數(shù);最后，對圓柱型蜂窩的軸向沖擊載荷進(jìn)行仿真分析，獲得其吸能特性，并與準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷下的吸能特性進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)動態(tài)沖擊強(qiáng)度較準(zhǔn)靜態(tài)壓縮強(qiáng)度高，隨著沖擊速度的增加而增大，且波動性相較靜壓大。
　　(3)對圓柱型蜂窩進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮和落錘沖擊實(shí)驗(yàn)。首先，通過準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證仿真和理論模型的正確性;其次，對規(guī)格相

4、同的圓柱型蜂窩和二維蜂窩進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮對比實(shí)驗(yàn)，得到圓柱型蜂窩強(qiáng)度高出二維蜂窩約15％;最后，通過對圓柱型蜂窩進(jìn)行落錘沖擊實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證動態(tài)沖擊仿真模型的正確性。
　　(4)以圓柱型蜂窩為吸能元件，進(jìn)行車輛防爬吸能器設(shè)計，并進(jìn)行相應(yīng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。首先，對以圓柱型蜂窩為吸能元件的防爬吸能器進(jìn)行設(shè)計;其次，通過對防爬吸能器的垂向加載和準(zhǔn)靜態(tài)壓縮仿真分析，進(jìn)行理論可行性驗(yàn)證;最后，制作實(shí)驗(yàn)樣件，并進(jìn)行垂向加載、準(zhǔn)靜態(tài)壓縮及動態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)，