Page 206 - 《振动工程学报》2026年第5期

1410 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

60
E D
E S = （15） 仿真
M 50
试验
式中， E D 为所吸收的能量； M为结构的总质量。
40
力 / N 30
3.2 不同周期序构及厚度对结构吸能性能的影响
20
选定负泊松比为−0.3 的单胞结构，将其拉伸 30 mm
10
并周期排列为 2×2 和 4×4 结构，分别对 2×2 和 4×4 序列
0
下的结构模型开展变压缩试验，压缩过程中试验与仿 0 1 2 3 4 5
位移 / mm
真对比如图 12 所示。 (a) 2×2结构
(a) 2×2 configuration
压缩至2 mm 压缩至5 mm
200 仿真
试验
仿
2×2 真 150
结构，
施加 力 / N 100
5 mm
位移
载荷 试 50
验
0
0 2 4 6 8 10 12
压缩至6 mm 压缩至10 mm 位移 / mm
(b) 4×4结构
仿 (b) 4×4 configuration
4×4 真
结构， 图 13 不同周期结构下的滞回曲线
施加 Fig. 13 Hysteresis curves under different periodic
10 mm
位移 configurations
载荷 试
验
表 2 不同周期结构下的吸能及比吸能
Tab. 2 Energy absorption and specific energy absorption under
初始阶段 出现负泊松比效应 满载阶段
different periodic configurations

图 12 2×2 和 4×4 结构下的静态压缩试验 吸能/mJ
−1
排列结构 结构质量/g 比吸能/(J·kg )
Fig. 12 Static compression experiments under the 2×2 and 4×4 仿真 试验
configurations 2×2 36 19.63 24.57 0.68

4×4 145 232.54 229.23 1.58
在试验机上将位移与力清零，将模型放在夹具
中间固定，对周期排列为 2×2 和 4×4 的结构分别施 对负泊松比值为−0.3，结构厚度分别为 15、20 和
加 5 mm 和 10 mm 位移载荷。2×2 和 4×4 结构分别在 25 mm 的 2×2 结构施加相同的 5 mm 位移载荷，有限
压缩位移为 2 mm 和 6 mm 时出现负泊松比效应，两 元模拟与试验滞回曲线如图 14 所示，结构的吸能及
侧出现内部收缩。满载时，2×2 结构出现失稳变形， 比吸能如表 3 所示。
负泊松比结构达到密实化阶段，胞元间间隙缩小。

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尽管结构进入失稳压溃阶段，但未观察到显著的力 15 mm
50 20 mm
突变现象，这表明该结构在塑性机制下发生变形，在 25 mm
40
一定范围内力-位移关系较为平稳，此现象归因于材
料的非线性变形特性和结构的局部压溃行为，导致 力 / N 30
20
压溃过程中力随位移的变化较为缓和而非剧烈。而
10
4×4 结构未出现失稳，这是由于随着胞元数量的增
加，结构承载能力增强，吸能性能增加。 0 1 2 3 4 5 6
2×2 和 4×4 结构的有限元模拟与试验滞回曲线 位移 / mm
如图 13 所示，其吸能及比吸能如表 2 所示。通过两 图 14 不同厚度下 2×2 结构的滞回曲线
个结构的变形情况可以看出，结构出现负泊松比效 Fig. 14 Hysteresis curves of the 2×2 structure under different
thicknesses
应，垂直于位移载荷方向的两侧出现内凹现象，4×4
结构具有更优异的吸能能力。 随着厚度的增加，结构的吸能能力明显提升。