圆弧形蜂窝夹芯板在低速冲击下的动力响应研究

来源：振动与冲击杂志2024年第5期北京时间：

作者：余阳，付涛

单位：昆明理工大学机电工程学院，昆明650500

摘要：为了研究具有负泊松比特性的圆弧形蜂窝夹芯板的动力响应，本文基于哈密顿原理和一阶剪切变形理论推导了圆弧形蜂窝夹芯板的运动方程，同时建立两自由度的质量-弹簧模型来获得蜂窝夹芯板与冲击器之间的接触力，利用Navier法和Duhamel积分对圆弧形夹芯板的运动方程解析求解。在理论模型有效性验证方面，低速冲击下蜂窝夹芯板中心最大横向位移的理论模型计算结果与ABAQUS有限元仿真结果的最大相对误差为4.9%，同时求得理论模型与已发表文献计算出的接触力最大相对误差为8%，验证了理论模型的有效性。通过理论模型研究了蜂窝胞元参数变化对蜂窝夹芯板动力响应的影响，研究结果表明：随着球形冲击器的冲击速度递增，圆弧形蜂窝夹芯板中心最大横向位移也呈现出递增的规律；圆弧形蜂窝夹芯板的抗冲击特性随着蜂窝胞元半径或角度的增大而减小，当蜂窝胞元半径从5 mm增加至7 mm时，蜂窝夹芯板的抗冲击特性减少40.28%；当蜂窝胞元角度从30°增加至60°时，蜂窝夹芯板的抗冲击特性减少83.64%；蜂窝夹芯板的抗冲击特性随着蜂窝胞元壁厚的增大而增大，当蜂窝胞元壁厚从1 mm增加至3 mm时，蜂窝夹芯板的抗冲击特性提升59.51%。通过减小胞元角度和半径，增加胞元壁厚可以提升圆弧形蜂窝夹芯板的抗冲击特性。

关键词：低速冲击；蜂窝夹芯板；一阶剪切变形理论；质量-弹簧模型；ABAQUS有限元仿真