正交各向异性Kagome蜂窝材料的力学性能与解析模型

"这篇论文探讨了正交各向异性Kagome蜂窝材料的宏观等效力学性能，由牛斌、王博和徐胜利撰写，发表于大连理工大学。该研究利用桁架模型来推导此类材料的等效刚度和强度的解析表达式，并讨论了这些性质与各向异性率和相对密度的关系。文章还比较了解析结果与梁单元建模的刚架模型的均匀化结果，验证了其准确性。Kagome蜂窝材料因其独特的结构和多功能性而备受关注，尤其在力学、热性能以及声学等方面有广泛应用。" 正文: Kagome蜂窝材料是一种特殊的线性金属蜂窝结构，其微观结构由正六边形和正三角形单元交织而成，表现出正交各向异性，即材料的力学性能在不同方向上有所差异。这种特性源于其微结构的布局和尺寸方向性，使得材料在不同轴向上的力学响应不一致。 论文首先介绍了Kagome蜂窝材料的背景，强调了其相对于传统蜂窝材料的高相对密度（介于0.1和0.3之间），导致其力学行为和应用有所不同。线性金属蜂窝的破坏模式主要涉及蜂窝壁的屈服和塑性屈曲，而非整体结构的崩溃。此外，新制备方法使得Kagome蜂窝结构可以具有多样化的单胞构型，增加了设计灵活性。 研究中，作者采用了桁架模型来分析正交各向异性Kagome蜂窝的等效刚度和强度。这种模型简化了复杂的几何结构，允许通过解析方法获得力学性能的表达式。通过这种方法，他们能够建立初始屈服函数和近似的弹性屈曲强度表达式，进一步探讨了这些性质如何随各向异性率和相对密度的变化而变化。等效刚度的解析结果与基于梁单元的刚架模型进行了比较，显示出良好的一致性。 Kagome蜂窝材料的多功能性和潜在的可设计性是其独特之处。它们在同等密度下展现出优于随机多孔材料的面内和面外力学性能，这使得它们在承受荷载时更具优势。同时，由于其单向流通性，Kagome蜂窝材料在热控工业构件中具有应用潜力，可以维持层流并允许大流量流体通过。除了力学和热性能，这类材料还有吸声、吸能和吸波等多用途。 对Kagome蜂窝的深入研究包括了对其缺陷容忍度的考察。Hyun等人发现Kagome蜂窝在等长度壁杆的各向同性蜂窝结构中具有最佳的面内刚度，而Wicks等人则研究了缺陷对结构响应的影响，揭示了缺陷周围壁杆的弯曲变形特征。 正交各向异性Kagome蜂窝材料的宏观等效力学性能研究不仅提供了理论基础，也为实际应用中的结构设计和性能优化提供了指导。随着对其性质理解的加深，这类材料有望在更多领域找到创新的应用。