每日新文 | 梯度再入折纸蜂窝超材料的设计和压缩行为

VAOne声学仿真小本领 · 公众号 · · 2024-11-22 10:00

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文章简介

这篇文章是关于渐变再入式折纸蜂窝超材料设计与压缩行为的研究文章

研究背景：折纸启发的蜂窝超材料因其出色的机械性能和运动学行为而受到广泛关注。再入式折纸蜂窝超材料因其轻质、高能量吸收特性和多样化的配置而表现出优异的机械性能。
研究内容：该研究通过改变细胞的重要几何参数来设计渐变再入式折纸蜂窝超材料。建立了理论分析模型来预测在低速和高速冲击下的压缩应力。研究了均匀再入式折纸蜂窝(UROH)、渐变厚度再入式折纸蜂窝(GTROHs)和渐变角度再入式折纸蜂窝(GAROHs)在不同压缩速度下的能量吸收。通过调整厚度的梯度分布，可以改变结构的变形模式和泊松比曲线。
主要发现：在高速冲击下，单向负梯度GTROH的特定能量吸收(SEA)比UROH提高了36%。单向正梯度GTROH的SEA比UROH高出14.4%。此外，单向正梯度GTROH在不同压缩速度下的峰值应力和SEA值方面表现出比UROH更好的抗冲击性能。
结论：首先建立了ROH在平面(y)方向上的理论分析模型，并通过实验和数值模拟验证了理论分析结果的准确性。这一理论模型为未来相关分析提供了重要的参考价值。

摘个要先：

近年来，折纸蜂窝超材料引起了研究人员的广泛关注。重入式折纸蜂窝超材料凭借轻质、高吸能的特性和多样化的配置表现出优异的机械性能。在这项研究中，梯度重入折纸蜂窝超材料是通过改变重要的几何参数来设计的。为了研究几何参数变化对压缩行为的影响，建立了再入折纸蜂窝的理论分析模型来预测低速和高速冲击下的压缩应力。随后，研究了均匀再入折纸蜂窝（UROH）、梯度厚度再入折纸蜂窝（GTROH）和梯度角度再入折纸蜂窝（GAROH）在不同压缩速度下的能量吸收。系统地讨论了UROH、GTROHs和GAROHs的抗冲击性能。通过调整厚度梯度分布，可以改变结构的变形模式和泊松比曲线。此外，在高速冲击下，应变为0.29时，单向负GTROH的比能量吸收(SEA)比UROH增加了36%。在应变为0.8时，单向正GTROH的SEA比UROH高14.4%。此外，通过比较不同压缩速度下的峰值应力和SEA值，单向正向GTROH表现出比UROH更好的抗冲击性能。这项研究有望为设计先进的折纸蜂窝结构和改进缓冲保护装置提供新途径。

折纸蜂窝状折纸结构示意图：(a)单胞结构；(b)可重返的折纸蜂窝；(c)梯度重入折纸蜂窝。

度厚度再进入折纸蜂窝的配置:(a)单向正梯度厚度折纸蜂窝;(b)单向负梯度厚度折纸蜂窝;(c)双向负梯度厚度折纸蜂窝;(d)双向正梯度厚度折纸蜂窝。

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