方形孔构型的周期性多孔材料等效剪切模量及尺寸效应研究.pdfVIP

方形孔构 型 的周期性 多孔材料等效 剪切模量及尺寸效应研 究 口 骆金威 西北工业大学 现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 西安 710072 摘 要：以圆筒扭转力学模型为基础，通过有限元方法求解周期性多孔材料的等效剪切模量并验证其尺寸效应。建 立了方形构型的蜂窝几何参数与体胞尺度系数 n及材料体分比 的解析关系，结果表明，方形孔构型蜂窝材料的等效剪 切模量随体胞尺度 系数 n的增大而减小；当 ，r+ 时，多孔材料的等效剪切模量趋近于一个恒定值。 关键词：方形孔 周期性多孔材料 等效剪切模量 尺寸效应 材料体分比 中图分类号：TH123；TB383 文献标识码 ：A 文章编号：1000—4998(2010)08—0050—03 周期性 多孑L材料 由于具有质 轻 、高 比强度 、高 bL~JJt 式 中：等效截面极惯性矩 ，H为 ： 度 、吸能和吸音性好等诸 多优 点而得到广泛应用 。因 In=耵／[2(R 一r4)】 (3) 此 ，开展 蜂 窝夹 芯材料 的力学 性 能研 究具有 十 分 重要 式 中 ： 为 圆筒 的#t-径 ；r为 圆筒 的内径 。 的学术 和工程应用 价值 。到 目前 为止 ，对 于求 解此 类结 G 为待求 的等效剪切模量 ，其表达 式可 由式 (2) 构等 效 弹性 常数 的研究很 多 ，其 中最 有代 表性 是 Gib． 获得 ： SOil和 Ashbyt“所 做 的工 作 。但是 其 中大多数 都 无法 反 Gn=Tl／(，H) (4) 映材 料体 胞 的尺寸 效应 ，即计 算 获得 的等效 弹 性 常数 相 对等 效剪 切 模量 G 可表 示 为等效剪 切模 量 与 与材料体胞尺寸大小无关 ，仅取决于体胞微 结构 的构 材料原始剪切模量 的 比值 ： 型与体 分 比。关于 这方 面 的内容 ，Andrews[、阎军 和程 G =GH／G (5) 耿 东 、戴 高 明和张卫 红 …都做 过相 关 的研 究工 作 。 式 中：G 为材 料本 身 的剪 切模 量 。 本 文 以扭 转力 学模 型为基 础 ，结合 圆筒循 环对 称 由上述 公式 可 知 ，等 效剪 切 模 量 的计 算 可 以首先 的特 点 ，通过 有 限元 方 法来 计 算方 形 孔 构型 的周 期 性 对 蜂窝夹 芯 圆筒 直接 进行 有 限元 网格 剖分 离散建模 ， 多孔材料 的等 效剪切 模量 ，并且 验证其 尺寸 效应 。 计 算扭 矩 作 用 下 的扭 转 角 ，然 后 代人 公 式 获 得 。 1 周期性多孔材料的圆筒扭转模型与等效剪 切模量计算 1．1 计 算周期 性 多孔材料 等 效剪切模 量 的理论依 据 为 了求解蜂 窝材料 的等效剪切模量 ，本文采用薄 壁 圆筒 扭转 计 算模 型 。根 据 材料 力 学扭 转 变形 理 论 可 知 ，长度为 z的等截 面 圆轴 的截 面扭 转刚度 可表示 为 ： GI．=Tl／ (1) 式 中 ：T为扭矩 ； 为 变形相 对转 角 。 假 设 夹芯 圆筒截 面 的等效扭转 刚度 为 G ，H，则可 建立 以下关 系式 ： GH，H：GL,= Tl／ (2) 收稿 日期 ：2010年3月 期 耐磨 损特 性 ，使链 条 的疲 劳强度 大 幅提高 。建议 预拉 [3] 荣长发，杨 国欣 ，陈岚．链板挤孔强化处理对其疲劳强度的 载荷 为 (1／2～2／3)Q，预拉 时间控制在 20～30s。 影响[J]．农机与技术，1996(2)：33—34． 参考文献 (4l 孟繁忠，许树新．滚子链链板表面加工质量系数的研究 J【】． [1] 孟繁忠．链条、链轮产品设计与检验 M【]．北京：机械工业出