【摘 要】
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具有优良能量吸收特性的轻质缓冲吸能构件在军工、航空航天、交通等工程领域具有广泛应用,现已成为材料结构设计及制造领域热点研究方向。为此,本研究采用激光选区熔化增材制造技术成形负泊松比蜂窝结构的镍钛形状记忆合金构件,利用静态压缩实验和有限元分析软件COMSOL模拟计算,研究蜂窝结构的镍钛合金构件在静态压缩实验和动态冲击模拟下的力学性能,同时设计了梯度型负泊松比蜂窝结构,并将其与均匀型负泊松比蜂窝结构进
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具有优良能量吸收特性的轻质缓冲吸能构件在军工、航空航天、交通等工程领域具有广泛应用,现已成为材料结构设计及制造领域热点研究方向。为此,本研究采用激光选区熔化增材制造技术成形负泊松比蜂窝结构的镍钛形状记忆合金构件,利用静态压缩实验和有限元分析软件COMSOL模拟计算,研究蜂窝结构的镍钛合金构件在静态压缩实验和动态冲击模拟下的力学性能,同时设计了梯度型负泊松比蜂窝结构,并将其与均匀型负泊松比蜂窝结构进行比较,研究两种结构的能量吸收特性与静态压缩过程中变形模式。本文研究结论如下:（1）对于激光选区熔化成形的负泊松比蜂窝试样,从负泊松比蜂窝单元结构的准静态压缩实验结果可知,内凹角度为60°的负泊松比蜂窝单元的质量比吸能相比内凹角度为30°和45°的负泊松比蜂窝单元分别高出了88%和23%,吸能效果最好。在负泊松比蜂窝单元结构的动态冲击模拟中,更小的冲击峰值力代表结构具有更优的抗冲击能力,在10 m/s的冲击速度下,内凹角度为45°的负泊松比蜂窝单元的质量比吸能是内凹角度为30°和60°的蜂窝单元的5.7倍和1.2倍,并且内凹角度为45°的蜂窝单元受到的冲击峰值力仅为内凹角度为60°的蜂窝单元的2/3。（2）对于激光选区熔化成形的梯度型/均匀型两种负泊松比蜂窝试样,从准静态压缩数值模拟结果可知,梯度型负泊松比蜂窝结构相比均匀型蜂窝结构在不同内凹角度的质量比吸能均有所提高。当内凹角度为45°时提升效果最为显著,具体表现为梯度型蜂窝结构的质量比吸能是均匀型蜂窝结构的2.13倍。本文基于最优激光选区熔化工艺成形了镍钛合金构件,研究其不同内凹角度以及均匀/梯度特征对负泊松比蜂窝结构的准静态压缩及动态冲击模拟性能的影响,并揭示了其影响机制。
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