金属叠层折纸多孔材料的冲击响应

论文标题

Impact response of metallic stacked origami cellular materials

金属叠层折纸多孔材料的冲击响应

 

摘要

多孔材料在结构防护和冲击吸能方面具有非常大的优势。在压缩过程中,胞壁的渐进屈曲过程可以提高结构的比强度和能量吸收能力。在多孔材料中,材料胞壁相对于加载方向的排布对结构的力学响应具有显著的影响。这种现象在动态加载过程中尤其明显,因为在动态变形时,材料的动态屈曲以及惯性效应同样对胞壁的排布方式高度相关。基于折纸方法的多孔材料可以调控胞孔的坍塌模式,从而使其具有负泊松比的特性。近几年提出的Miura-ori几何体可以作为一种几何构型设计策略,用于在折纸单胞的基础上构建出一种周期性的多孔材料。不过,这种结构在以往是很难制备的。本文采用选择性激光焊接这一增材制造技术,制备出了不锈钢叠层折纸多孔材料,并对该种周期性多孔材料进行了冲击测试。冲击测试采用霍普金森压杆完成,冲击速度为50m/s至100m/s。在高速冲击下,由于材料折叠层的局部变形,发现了负泊松比现象。本文还通过数值模拟研究了不同的折叠模式,同时比吸能和比强度随折叠角度的变化而变化。最后,通过数值模拟研究了这种材料的率相关性。

相关图表


图1 折纸多孔材料的几何构型


图2 增材制造技术制备的试件


图3 动态测试技术


图4 变形过程

文章链接

https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2020.103730

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