文档介绍：蜂窝铝吸能结构异面冲击性能研究
 
   
 
 
 
 
 
 
 
     
 
 
 
 
 
摘要：本文基于轨道车辆被动安全性研究，结合蜂窝材料优异的吸能特性和近几年对蜂窝铝结构的试验分析与理论研究，设计出两种内置六边形蜂窝铝的防爬吸能装置，并对两种防爬吸能结构进行仿真分析，参考吸能元件耐撞性评价指标，对两种蜂窝吸能结构的吸能特性进行评估。该研究对轨道交通装备的新型缓冲吸能结构的设计具有一定的参考价值。
关键词：被动安全性；蜂窝铝结构；耐撞性；吸能
引言：
蜂窝材料不仅具有良好的缓冲吸能功能，还可适应于多种复杂的外界环境，以不同形式满足众多需求。因此本文尝试通过建立均匀壁厚组合式蜂窝吸能结构和串联式蜂窝吸能结构仿真模型，对比两种吸能结构的比吸能、初始碰撞力峰值、平均载荷和缓冲指数，比较其吸能特性。
均匀壁厚六边形蜂窝铝由若干个规则有序的胞元组成，而每个胞元由倾斜孔壁和竖直孔壁构成，倾斜孔壁长为l，厚度为t，竖直孔壁长为h，厚度为t。 称为边长比，当 时，为正六边形蜂窝铝， 称为厚跨比，也叫壁厚边长比， 称为扩展角。图1为均匀壁厚蜂窝材料结构示意图。在 - 平面内，蜂窝铝结构的比强度和比刚度相对较弱，而异面方向由于倾斜孔壁和竖直孔壁的轴向塑性变形，其比强度和比刚度要大于共面方向。因此，本文主要研究蜂窝铝的异面冲击特性。
本文选用正六边形蜂窝铝结构，扩展角 = ，模型由端部防爬齿和固定刚性墙、蜂窝铝结构、金属蒙皮构成。定义蜂窝铝边长： mm，沿z方向上的单层蜂窝长度L=160mm。导入HYPERMESH中进行网格划分，，刚性墙固定不动，初速度定义为8m/s，图2、图3为两种不同形式的蜂窝结构，采用LS-DYNA进行仿真计算。
图2整体型串联式蜂窝吸能结构
图3整体型组合式蜂窝吸能结构
吸能元件作为重要的碰撞吸能装置，评价其碰撞特性的指标如下：
（1）比吸能 ：比吸能 （Specific Energy Absorption）表示结构单位质量上所吸收的碰撞能量。其表达式为：
(1)
：吸能元件所吸收的内能
：吸能元件的质量
（2）初始碰撞力峰值 ：吸能元件初始时屈曲产生的最大冲击载荷。须小于吸能元件的许用峰值载荷 。否则结构失效。
（3）平均载荷 ：其值越大，总体吸能效果越好.
(2)
S：压溃行程
（4）缓冲指数 ，其值越大，平稳性越高。
（3）
（1）图4和图5分别为移动刚性墙将整体型串联式蜂窝吸能结构和整体型组合式蜂窝吸能结构压溃至264mm时的能量和碰撞力变化曲线。由能量-缓冲行程曲线可知：在整个碰撞仿真过程中，总能量不变，动能逐渐被耗散，当该吸能结构压溃至264mm时，共吸能211KJ；由碰撞力-缓冲行程曲线可知：该结构在缓冲行程约为6mm时出现初始碰撞力峰值1090KN，之后随着金属蒙皮和铝蜂窝的塑性变形，碰撞力有所降低，整体变化趋势较为稳定。
（2）图6和图7分别是整体型组合蜂窝式吸能结构的能量和碰撞力随时间变化的曲线。