变截面负泊松比结构力学性能及吸能特性研究
王洁1
林立省2
庞晴晴3
曹正3
张建卓2
1.重庆城市职业学院航空学院,重庆402160;辽宁工程技术大学机械工程学院,阜新1230002.辽宁工程技术大学机械工程学院,阜新1230003.山东兖矿智能制造有限公司,济宁 273500
摘要：[目的]设计一种变截面双箭型负泊松比蜂窝结构(简称变截面结构),揭示截面变化率对结构力学性能及吸能特性的影响规律,为其在缓冲吸能领域的工程应用提供理论依据.[方法]首先,基于胞元几何参数推导截面变化率与相对密度的关系;其次,利用变截面梁与等截面梁弯曲应变能等效原理,建立变截面结构的等效本构模型;然后,采用Ansys/Ls-Dyna建立有限元模型进行准静态压缩分析,并通过3D打印样件的准静态加载试验验证模型准确性;最后,进一步通过Ls-Dyna研究不同冲击速度(20、35、70、120 m/s)和截面变化率(α=0、0.2、0.4、0.6、0.8)下面内冲击响应、平台应力及能量吸收特性.[结果]结果表明,解析解、数值模拟与试验结果吻合良好,验证了本构模型及有限元模型的准确性.冲击速度对结构冲击特性影响显著,速度增加使弹性模量提高、平台应力阶段延长.截面变化率增大可增强结构整体刚度并延缓负泊松比效应,使局部变形更难发生.截面变化率与能量吸收率呈正相关,变截面结构比等截面结构在20 m/s和70 m/s冲击下的比吸能分别提高42.1％和13.8％;当α为0.4～0.6时吸能特性最优.变截面结构在减轻整体质量的同时未削弱力学性能,能量吸收能力显著提升.
关键词：变截面负泊松比结构等效力学模型面内冲击响应平台应力能量吸收特性
分类号：TH114(机械学（机械设计基础理论）)
论文发表日期：2026-07-31
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 127-136 )
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