本發(fā)明涉及多胞材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種提高并控制多胞材料能量吸收效率的方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著自然資源的匱乏和人類環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐漸提高，，航空航天業(yè)的持續(xù)發(fā)展以及交通運(yùn)輸手段的快速提高，材料的輕量化設(shè)計(jì)成為材料設(shè)計(jì)的一個(gè)重要目標(biāo)。多胞金屬材料以其優(yōu)異的的重量和性能比得到了工程界的重視，被廣泛地應(yīng)用于能量吸收材料和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，和實(shí)體材料不同，由于多胞金屬材料具有優(yōu)異的動(dòng)力學(xué)相應(yīng)特征，超輕多胞材料與結(jié)構(gòu)在高速列車、超高速飛行器、裝甲車和艦船等高能耗技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛地運(yùn)用。然而在實(shí)際工程運(yùn)用中，被防護(hù)構(gòu)件往往是在質(zhì)量受到一定限制的條件下或者沖擊載荷相對(duì)固定的條件下被使用，這就要求在確定的條件下盡可能的發(fā)揮吸能構(gòu)件的能量吸收效率。這就對(duì)多胞金屬材料的動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)提出了更高的要求，并根據(jù)實(shí)際的工程應(yīng)用背景對(duì)多胞材料進(jìn)行沖擊能量吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求在發(fā)揮能量吸收構(gòu)件功能的過程中，盡可能的提高構(gòu)件的耐撞性。為此，我們提出了一種提高并控制多胞材料能量吸收效率的方法投入使用，已解決上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種提高并控制多胞材料能量吸收效率的方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種提高并控制多胞材料能量吸收效率的方法，該提高并控制多胞材料能量吸收效率的方法的具體步驟如下：
S1：在強(qiáng)動(dòng)載荷的作用下，多胞材料中形成不連續(xù)間斷面，變形在多胞材料中以沖擊波的形式向前傳播；
S2：在多胞材料中的間斷面上填充組合蜂窩材料，在多胞材料發(fā)生形變時(shí)以調(diào)動(dòng)所有胞元整體變形；
S3：分析微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)蜂窩材料的宏觀力學(xué)的影響，并建立有限元模型；
S4：通過調(diào)整填充組合蜂窩材料的結(jié)構(gòu)類型和相對(duì)密度控制多胞材料的能量吸收率。
優(yōu)選的，所述步驟S1中，當(dāng)動(dòng)載荷作用在結(jié)構(gòu)上時(shí)，加載表面上突然獲得應(yīng)力或者質(zhì)點(diǎn)速度，這種擾動(dòng)從結(jié)構(gòu)表面以應(yīng)力波的形式向前傳播，如果擾動(dòng)所產(chǎn)生的應(yīng)力低于材料的屈服應(yīng)力，則應(yīng)力波是彈性的，其中彈性波的傳播速度可表示為：
其中，E和ρ分別表示材料的楊氏模量和密度。
優(yōu)選的，所述步驟S2中，組合蜂窩材料由三角形填充蜂窩材料和六邊形蜂窩填充材料組成，其中孔徑較大的六邊形蜂窩填充材料胞元在局部變形區(qū)域總會(huì)先于周圍三角形蜂窩填充材料胞元發(fā)生變形，而孔徑較小的三角形蜂窩填充材料胞元在變形同時(shí)會(huì)伴隨不同程度的旋轉(zhuǎn)，更容易調(diào)動(dòng)所有胞元發(fā)生整體變形。
優(yōu)選的，所述三角形蜂窩填充材料的側(cè)邊與加載方向成30°夾角，并以側(cè)邊壁的塑性屈服來吸收能量。
優(yōu)選的，所述步驟S3中，單位體積所吸收的能量由應(yīng)力應(yīng)變曲線下方所圍成的面積求得，即：
其中壓縮應(yīng)力σ是應(yīng)變?chǔ)诺暮瘮?shù)，εd為試件密實(shí)前的最大應(yīng)變量，可由壓縮應(yīng)力σ再次達(dá)到初始應(yīng)力峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變確定，當(dāng)變形處于緩沖平臺(tái)段時(shí)，應(yīng)力水平幾乎不變(εp)，此時(shí)
Wv≈εpεd
單位質(zhì)量材料所吸收的能量Wm定義為其中Δρ是多胞材料的相對(duì)密度，ρε為基體材料密度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過在多胞材料不連續(xù)間斷面中填充組合蜂窩材料，利用三角形蜂窩填充材料的側(cè)邊壁的塑性屈服來吸收能量，其中孔徑較大的六邊形蜂窩填充材料在局部變形區(qū)域總會(huì)先于周圍的三角形蜂窩填充材料的胞元發(fā)生變形的原理，更容易調(diào)動(dòng)所有胞元的整體變形，且孔徑較小的三角形蜂窩填充材料會(huì)伴隨不同程度的旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明通過對(duì)蜂窩填充材料的結(jié)構(gòu)模式的調(diào)整，能夠達(dá)到對(duì)多胞材料能量吸收率的控制，提高了多胞材料的能量吸收效率。
附圖說明
圖1為本發(fā)明工作流程圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種提高并控制多胞材料能量吸收效率的方法，該提高并控制多胞材料能量吸收效率的方法的具體步驟如下：
S1：在強(qiáng)動(dòng)載荷的作用下，多胞材料中形成不連續(xù)間斷面，變形在多胞材料中以沖擊波的形式向前傳播，當(dāng)動(dòng)載荷作用在結(jié)構(gòu)上時(shí)，加載表面上突然獲得應(yīng)力或者質(zhì)點(diǎn)速度，這種擾動(dòng)從結(jié)構(gòu)表面以應(yīng)力波的形式向前傳播，如果擾動(dòng)所產(chǎn)生的應(yīng)力低于材料的屈服應(yīng)力，則應(yīng)力波是彈性的，其中彈性波的傳播速度可表示為：
其中，E和ρ分別表示材料的楊氏模量和密度；
S2：在多胞材料中的間斷面上填充組合蜂窩材料，在多胞材料發(fā)生形變時(shí)以調(diào)動(dòng)所有胞元整體變形，組合蜂窩材料由三角形填充蜂窩材料和六邊形蜂窩填充材料組成，其中孔徑較大的六邊形蜂窩填充材料胞元在局部變形區(qū)域總會(huì)先于周圍三角形蜂窩填充材料胞元發(fā)生變形，而孔徑較小的三角形蜂窩填充材料胞元在變形同時(shí)會(huì)伴隨不同程度的旋轉(zhuǎn)，更容易調(diào)動(dòng)所有胞元發(fā)生整體變形，三角形蜂窩填充材料的側(cè)邊與加載方向成30°夾角，并以側(cè)邊壁的塑性屈服來吸收能量；
S3：分析微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)蜂窩材料的宏觀力學(xué)的影響，并建立有限元模型，單位體積所吸收的能量由應(yīng)力應(yīng)變曲線下方所圍成的面積求得，即：
其中壓縮應(yīng)力σ是應(yīng)變?chǔ)诺暮瘮?shù)，εd為試件密實(shí)前的最大應(yīng)變量，可由壓縮應(yīng)力σ再次達(dá)到初始應(yīng)力峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變確定，當(dāng)變形處于緩沖平臺(tái)段時(shí)，應(yīng)力水平幾乎不變(εp)，此時(shí)
Wv≈εpεd
單位質(zhì)量材料所吸收的能量Wm定義為其中Δρ是多胞材料的相對(duì)密度，ρε為基體材料密度；
S4：通過調(diào)整填充組合蜂窩材料的結(jié)構(gòu)類型和相對(duì)密度控制多胞材料的能量吸收率。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。