轻质薄壁棱柱与多孔蜂窝材料平面外压缩阻抗研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11002060
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
22.0万
负责人：
张雄
依托单位：
华中科技大学
学科分类：
A0813.计算固体力学
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
邹静；刘淑慧；李永涛；谢文平；
关键词：
优化设计薄壁结构轻质材料能量吸收

项目摘要

轻质薄壁棱柱和多孔蜂窝材料具有良好的力学和能量吸收性能，在工程实际领域具有广泛的应用前景。本项目针对薄壁金属棱柱和多孔蜂窝材料的平面外压缩阻抗问题，以截面的基本组成单元- - 角单元为主要研究对象，采用理论分析，数值模拟，试验验证及优化设计相结合的研究方法，研究各类角单元在发生各种可能变形模式情况下的变形机理和能量吸收性能，分析主要结构参数对角单元变形模式的影响，建立理论分析模型并确定各角单元轴压平均载荷的理论预测方法。项目预期将揭示轴压后屈曲大变形条件下各类角单元的内在塑性变形机理，建立复杂截面多胞棱柱与多孔蜂窝材料平面外压缩性能的系统分析方法，获得截面压缩阻抗的最优化设计规律。项目的研究成果将为薄壁金属棱柱和多孔蜂窝结构的吸能设计提供科学依据。

结项摘要

轻质薄壁棱柱和多孔蜂窝材料具有良好的力学和能量吸收性能，在工程实际领域具有广泛的应用前景。本项目主要针对薄壁金属棱柱和多孔蜂窝材料的平面外压缩阻抗问题进行了研究。通过将截面划分为一系列的基本组成单元，针对不同连接数、不同角度、不同壁厚的基本单元建立轴向压缩阻抗的理论分析模型，形成了较为系统化的复杂截面压缩阻抗分析方法，并通过实验研究进行了相关理论模型的验证。项目研究发现：对于连接数为2的角单元，实验证明Wierzbicki和Abramowicz理论在角度改变时的预测存在偏差，并修正了相关理论预测模型；对于连接数大于2的基本单元，板间角度均分截面时具有最大的压缩阻抗；当连接数逐渐增大时，基本单元中每块板的能量耗散趋于某一极限，并建立了这一能耗极限的理论预测模型；通过与板基本单元进行类比，对板壳基本单元的变形模式进行了分类，并建立了板壳基本单元压缩阻抗的简化理论分析方法；对商业蜂窝进行的实验研究表明其结构中的双倍壁厚降低了角度对结构压缩阻抗的影响，表明了厚度与角度之间的耦合作用。通过本项目研究，揭示了轴压后屈曲大变形条件下，轻质薄壁棱柱和多孔蜂窝材料的各类基本单元的内在塑性变形机理，建立了系统化的压缩阻抗理论预测方法，为结构的吸能设计提供了科学依据和理论指导。