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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 中国材料研究学会
哈尔滨工业大学
主编 苑世剑 国际刊号ISSN 1005-0299 国内刊号CN 23-1345/TB

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引用本文:李海玉,王雷,王陶,王利,黄昭明.负泊松比点阵结构填充薄壁管轴向压缩行为及吸能特性[J].材料科学与工艺,2024,32(3):96-103.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20220442.
LI HaiYu,WANG Lei,WANG Tao,WANG Li,HUANG Zhaoming.Axial compression behavior and energy absorption characteristics of thin-walled tube filled with negative poissons ratio lattice structure[J].Materials Science and Technology,2024,32(3):96-103.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20220442.
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负泊松比点阵结构填充薄壁管轴向压缩行为及吸能特性
李海玉1,王雷2,王陶3,王利4,黄昭明3,4
(1.潍坊职业学院 机电工程学院,山东 潍坊262737;2.潍坊职业学院 汽车工程学院,山东 潍坊 262737; 3.南京理工大学 机械工程学院,南京 210094;4.皖江工学院 机械工程学院,安徽 马鞍山 243031)
摘要:
薄壁填充结构具有轻量化、高比吸能的优点,被广泛应用于航空航天、汽车、轨道交通等工程领域。负泊松比结构在受到冲击时力学性能会逐渐增强,因此本文基于双箭头型负泊松比点阵提出一种新型薄壁填充管吸能结构,通过准静态压缩实验和有限元数值模拟方法研究了新型填充管在压缩载荷作用下的变形失效模式与力学响应。建立了平均碰撞力的理论预测模型,并通过有限元分析验证了模型可靠性,在此基础上研究了负泊松比点阵结构的细观设计参数对填充管抗压缩性能的影响规律。结果表明,填充管在压缩载荷作用下的失效模式为局部屈曲失效,相比于单一薄壁管与点阵结构,填充管具有更好的抗压缩性能;通过参数分析明确了通过增加胞元杆件壁厚和下支撑杆夹角,能显著提高填充管抗压缩性能,这将为后续负泊松比点阵填充结构的抗冲击优化设计提供重要参考。
关键词:  负泊松比  点阵结构  填充管  理论预测模型  细观设计参数
DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20220442
分类号:TG385.2
文献标识码:A
基金项目:安徽省高等学校自然科学研究重点项目(KJ2020A0837、KJ2021A1214);潍坊市科技发展计划项目(2021GX024).
Axial compression behavior and energy absorption characteristics of thin-walled tube filled with negative poissons ratio lattice structure
LI HaiYu1, WANG Lei2, WANG Tao3, WANG Li4, HUANG Zhaoming3,4
(1.School of Mechanical and Electrical Engineerin, Weifang Vocational College, Weifang 262737, China; 2. School of Automotive Engineering, Weifang Vocational College, Weifang 262737, China; 3. School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China; 4. School of Mechanical Engineering, Wanjiang University of Technology, Maanshan 243031, China)
Abstract:
A new type of thin-walled energy absorbing structure filled with negative Poissons ratio lattice structure is proposed. The deformation failure mode and mechanical response of the new type of filled tube under compression load are investigated by quasi-static compression experiments and finite element numerical simulation. The theoretical prediction model of the average impact force is established, with the reliability of the model verified by finite element analysis. Then, the influence of the meso-design parameters of the lattice structure with negative Poissons ratio on the compression resistance of the filled tube is studied. The results show that the failure mode of the filled tube under compression load is local buckling failure. Compared with the single thin-walled tube and lattice structure, the filled tube exhibits better compression resistance; Parameter analysis indicates clearly that the compression resistance of the filled tube can be significantly improved by increasing the wall thickness of the cell member and the included angle of the lower support rod, providing an important reference for the impact resistance optimization design of the lattice filling structure with negative Poissons ratio.
Key words:  negative Poissons ratio  lattice structure  filled tube  theoretical prediction model  meso-design parameters

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