[发明专利]星形蜂窝结构本构关系的建立方法、介质和设备

说明书

本发明公开了一种星形蜂窝结构本构关系的建立方法、介质和设备，方法包括先从星形蜂窝结构中切出一个星形胞元；当沿着水平方向或竖直方向单向拉伸星形胞元时，直接取附加边界约束的四分之一胞元进行力学分析；并进一步将四分之一胞元的力学分析过程简化为斜壁板的受力变形；然后根据斜壁板的受力变形、星形胞元结构的几何特征及材料杨氏模量，运用能量法求解出胞元结构的等效杨氏模量以及等效泊松比；当沿着与水平方向成角方向单向拉伸星形胞元时，将星形胞元的力学分析过程简化为星形胞元在水平方向受力和竖直方向受力的叠加，从而计算出胞元结构的等效杨氏模量以及等效泊松比。本发明能够准确方便地建立出星形蜂窝结构的本构关系。

技术领域

本发明涉及星形蜂窝结构技术领域，特别涉及一种星形蜂窝结构本构关系的建立方法、介质和设备。

背景技术

负泊松比(Negative Poisson’s Ratio,NPR)多胞元材料在在拉伸时横向膨胀，压缩时横向收缩，由于其独特的性能，使负泊松比多胞材料表现出优异的力学性能，比如轻质、比强度高、隔音隔热性能好，吸热效率高的特点，在航空航天，车辆舰船，包装工程等领域已有广泛应用。近年来，一种负泊松比星形节点周期性蜂窝结构，因其受到荷载作用而表现出独特的变形特征引起了相关学者的关注。但要在工程上应用该类新型周期性结构，首先要对其宏微观力学性能进行充分的研究和认识。

在工程设计和分析中，星形蜂窝结构复杂的几何形式和各项异性的力学性能给学者带来很大的苦难，通常的试验方法耗时费力又不经济。随着计算科学的发展，采用通用有限元程序对大型复杂结构进行结构建模及力学仿真已成为现实，然后，在结构系统建模过程中，详细的建模又大大增加模型规模和难度，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具有一定的局限性。因此，工程技术人员往往希望将非连续的星形结构等效替代为连续的正交各向异性体，从而用材料等效模型和板桥单元来模拟星形结构，达到降低建模难度并提高计算效率。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种星形蜂窝结构本构关系的建立方法，该方法可以针对结构的实际变形、几何特征及材料杨氏模量，准确方便地建立出反映同一类负泊松比星形节点周期性蜂窝结构的本构关系。

本发明的第二目的在于提供一种计算机可读存储介质。

本发明的第三目的在于提供一种计算设备。

本发明的第四目的在于提供一种星形蜂窝结构本构关系的建立装置。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种星形蜂窝结构本构关系的建立方法，包括如下步骤：

S1、从由一系列星形胞元组成的星形蜂窝结构中切出一个星形胞元；

S2、当沿着水平方向或竖直方向单向拉伸星形胞元时，考虑到星形胞元具有对称性，对于星形胞元的研究，直接取附加边界约束的四分之一胞元进行力学分析；

考虑四分之一胞元受力特性以及边界约束，将四分之一胞元的力学分析过程进一步简化为斜壁板的受力变形；然后根据斜壁板的受力变形、星形胞元结构的几何特征及材料杨氏模量，运用能量法求解出胞元结构的等效杨氏模量以及等效泊松比；

S3、当沿着与水平方向成角方向单向拉伸星形胞元时，将星形胞元的力学分析过程简化为星形胞元在水平方向受力和竖直方向受力的叠加，通过求解星形胞元在X、Y方向上的受力变形过程，即可进一步计算出胞元结构的等效杨氏模量以及等效泊松比。

优选的，四分之一胞元具有相连的两个斜壁板，一个自其中一个斜壁板水平延伸以连接其他星形胞元的水平壁板，以及一个自另一个斜壁板竖直延伸以连接其他星形胞元的竖直壁板；

斜壁板的受力变形分析及求解等效杨氏模量、等效泊松比的过程具体如下：

先求出斜壁板的弯矩方程、轴力方程，以及弯矩、轴力对斜壁板受力的偏导数；