[发明专利]负泊松比结构的非线性本构关系分析方法、系统及装置

说明书

本发明公开了一种负泊松比结构的非线性本构关系分析方法、系统及装置。该方法通过获取内凹蜂窝结构的胞元；对所述胞元进行变形分析；根据变形分析的结果得到修正因子；根据所述修正因子建立所述内凹蜂窝结构的非线性本构关系；根据所述非线性本构关系设计和生产对应结构。通过使用本发明中的方法，能够在对材料或结构有殊结需求的场景中，使设计、生产及制作过程更加便捷，进一步缩短产品的设计周期，比现有技术的数值方法和试验方法，具有更好的计算精度和适用范围。本发明可广泛应用于材料科学技术领域。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，尤其是一种负泊松比结构非线性本构关系的分析方法、系统及装置。

背景技术

负泊松比：是指受拉伸时,材料在弹性范围内横向发生膨胀；而受压缩时,材料的横向反而发生收缩。

胞元：在多胞结构的最小结构单元，例如在蜂窝结构中，每个小孔洞围成的一个单元称为胞元。

弯矩：受力构件截面上的内力矩的一种。

蜂窝结构由于具有比强度大、比刚度高、隔热隔音性能好以及能量吸收强等特性，是一种良好的轻量化结构。蜂窝的微观结构不同，宏观力学和物理性能也不同。可以通过改变蜂窝结构的几何及材料参数来调整蜂窝结构的等效材料参数，特别地，内凹蜂窝结构体现出了极强的负泊松比(NPR)效应。负泊松比材料具有在拉伸时变得更窄和挤压时变得更宽的特性，伴随着现代工业技术的发展，负泊松比材料由于其特殊的力学性能在航空、航天、机械及交通等各个工程领域有着巨大的潜能。负泊松比材料已经出现100多年，但直到1987年，Lakes等人发明了第一种人造负泊松比泡沫才引起人们的广泛关注。然而因为刚度低的缺点限制了负泊松材料在结构中的应用。近年来研究人员对负泊松比材料的刚度方面做了大量的工作，Zied等人通过植入两种不同子结构来提高内凹蜂窝结构的面内刚度。Lu和Fu等人利用有限元技术通过增加胞元竖板厚度的内凹蜂窝结构，同样得出了提高结构面内刚度的效果。

上述研究大多是基于实验或数值模拟，内凹蜂窝结构通常被认为一种具有周期特性的各向异性材料，在工程设计和分析中，复杂的几何形式和各项异性的力学性能使得蜂窝结构的试验设计与分析费时费力且不经济。随着计算科学的发展，对大型复杂结构采用通用有限元程序进行结构建模及力学仿真已成为现实，然而，精细化的模型将大大增加模型计算难度，使得计算效率显著降低。同时复杂多样的结构及边界条件，也使得模型的应用具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明目的在于提供一种具有更好的计算精度和适用范围负泊松比结构的非线性本构关系分析方法、系统及装置。

本发明实施例的一个目的在于提供一种负泊松比结构的非线性本构关系的分析方法，包括以下步骤：

获取内凹蜂窝结构的胞元；

对所述胞元进行变形分析；

根据变形分析的结果得到修正因子；

根据所述修正因子建立所述内凹蜂窝结构的非线性本构关系；

根据所述非线性本构关系设计和生产对应结构；

所述修正因子包括：杨氏模量修正因子和泊松比修正因子。

另外，根据本发明上述实施例的一种负泊松比结构的非线性本构关系的分析方法，还可以具有以下附加的技术特征：

进一步，所述对所述胞元进行变形分析这一步骤，其具体包括：获取所述胞元的斜壁板端点处的弯矩以及极限弯矩；对比所述弯矩与所述极限弯矩，确定所述胞元所处的变形阶段；所述变形阶段包括弹性变形阶段和塑性变形阶段。