任毅如,蒋宏勇,*,金其多,朱国华

1. 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙 410082 2. 湖南大学 机械与运载工程学院,长沙 410082 3. 长安大学 汽车学院,西安 710064

蜂窝铝或泡沫铝作为夹层复合材料结构的夹芯材料具有较高的比刚度、比强度和比吸能等力学性能,被广泛应用于航空航天等领域[1-4],如图1(a)所示。由于泊松比被定义为材料或结构受压缩或拉伸载荷时横向应变与水平应变的比值,因此六边形蜂窝铝受到横向压溃载荷时会发生水平扩张,呈正泊松比现象[5-7]。材料或结构因正泊松比效应具有的水平扩张特性会使失效的材料无法充分地持续抵抗压溃载荷,因此对结构的耐撞性有一定的局限性。为了改善蜂窝铝的耐撞性能,研究人员充分利用失效材料吸能,将六边形蜂窝设计成一种具有负泊松比效应的拉胀内凹蜂窝结构(Auxetic Reentrant Honeycomb, ARH)[8-11],如图1(b)所示。这种新型的结构相比传统的六边形蜂窝结构具有更优越的力学属性,如横向压缩抵抗、剪切模量、准静态和动态冲击抵抗以及能量吸收等[12-13]。因此,近年来新型拉胀内凹蜂窝结构得到了更进一步的探索和设计。

Xiao等[14]采用有限元方法预测了负泊松比ARH在准静态、低速、中速和高速动态载荷下的耐撞特性,结果表明不同载荷条件对ARH的承载、吸能和变形模式具有较大的影响。Hu[15]和Hou[16]等对负泊松比ARH的单胞结构参数进行了分析,包括胞壁角度、壁厚与壁长的比率等。Tan等[17]基于六边形子结构和等边三角形子结构设计了2种层级的负泊松比ARH,结果表明设计的ARH具有更高的吸能能力。……