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《輕質蜂窩結構力學》以工程需求為牽引，重點介紹輕質蜂窩結構力學行為，包括蜂窩結構的屈服和破壞、蜂窩結構低速動態衝擊響應、蜂窩結構高速衝擊力學行為、含缺陷蜂窩結構力學性能、填充型蜂窩結構、串聯型蜂窩結構、新穎構型蜂窩結構的力學特性等內容。在傳統正六邊形蜂窩結構的基礎上，重點介紹國際前沿研究領域的蜂窩結構高速衝擊響應，填充型、串聯型、新穎構型蜂窩結構的力學特征及設計方法，討論蜂窩復合式結構的填充效應、匹配效應，展示新的研究成果，為輕質金屬蜂窩結構的設計及工程應用提供理論與工程應用參考。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 蜂窩結構的智能與科學性 1
1.2 蜂窩結構研究的意義 2
1.3 人造蜂窩芯的生產過程 4
1.4 人造蜂窩芯的應用 7
1.5 未來發展方向 12
參考文獻 14
第2章 蜂窩結構的力學特征與分析方法 16
2.1 蜂窩結構的特征 16
2.1.1 幾何特征 16
2.1.2 等效密度 17
2.2 蜂窩結構力學表征 19
2.2.1 力學參數 19
2.2.2 吸能特征 21
2.2.3 主要吸能指標 22
2.3 蜂窩結構力學分析方法 26
2.3.1 理論分析 26
2.3.2 實物實驗 28
2.3.3 數值仿真 35
參考文獻 47
第3章 蜂窩結構的單軸加載行為 51
3.1 蜂窩結構共面單軸加載 51
3.1.1 線彈性變形 51
3.1.2 彈性屈曲 54
3.1.3 塑性坍塌 56
3.1.4 脆性破壞 59
3.2 蜂窩結構異面單軸加載 63
3.2.1 彈性變形 63
3.2.2 彈性屈曲 65
3.2.3 塑性坍塌 67
3.2.4 脆性破壞 74
3.3 高密度蜂窩結構的力學性能 75
3.3.1 高密度蜂窩 75
3.3.2 高密度蜂窩結構的變形模式 78
3.3.3 筋胞厚度匹配 80
3.4 考慮氣壓作用的蜂窩結構異面受載性能 84
3.4.1 胞內氣體對蜂窩結構的強化作用 84
3.4.2 氣壓泄漏對蜂窩結構力學性能的影響 86
參考文獻 90
第4章 蜂窩結構的復雜加載行為 92
4.1 蜂窩結構的彎曲加載 92
4.1.1 彎曲作用下蜂窩結構的變形 92
4.1.2 彎曲強度的實驗分析計算 95
4.2 蜂窩結構的剪切加載 96
4.2.1 剪切作用下蜂窩結構的變形 96
4.2.2 剪切分析計算 99
4.3 蜂窩結構的疲勞損傷 101
4.3.1 蜂窩結構疲勞損傷與破壞 101
4.3.2 蜂窩結構疲勞壽命預測 103
4.4 蜂窩結構雙軸加載 104
4.4.1 共面雙軸加載 104
4.4.2 異面雙軸加載 110
4.4.3 斜孔蜂窩結構壓縮行為 111
4.5 蜂窩結構力學性能隨溫度的變化 119
4.5.1 熱固耦合本構行為 119
4.5.2 高溫對蜂窩結構行為的影響 120
參考文獻 123
第5章 蜂窩結構的動態衝擊響應 126
5.1 動態加載效應 126
5.1.1 動態率效應 126
5.1.2 慣性效應 130
5.2 共面低速衝擊響應 131
5.2.1 x1方向加載 131
5.2.2 x2方向加載 143
5.3 異面低速衝擊響應 146
5.3.1 動態吸能理論模型 147
5.3.2 低速衝擊實驗 148
5.3.3 低速衝擊數值仿真 149
5.3.4 對比分析 150
5.4 異面高速衝擊響應 155
5.4.1 實物實驗 155
5.4.2 力學特性 156
5.4.3 慣性效應 159
5.5 異面超高速衝擊響應 160
參考文獻 161
第6章 含缺陷蜂窩結構的力學性能 163
6.1 蜂窩結構缺陷 163
6.1.1 漏缺孔壁 163
6.1.2 胞孔畸形 165
6.1.3 孔壁脫膠 167
6.1.4 多焊堵膠 169
6.1.5 整體翹曲 170
6.2 缺陷蜂窩結構力學性能 172
6.2.1 漏缺孔壁的影響 172
6.2.2 胞孔畸形的影響 180
6.2.3 孔壁脫膠的影響 183
6.3 蜂窩結構缺陷的控制 184
6.3.1 工藝改進 184
6.3.2 幾何識別改進規整性 185
6.4 蜂窩結構局部強化對其力學性能的改進 194
6.4.1 蜂窩結構的預壓縮 194
6.4.2 蜂窩結構預壓縮低敏感設計 197
6.4.3 蜂窩結構的局部強化 200
參考文獻 202
第7章 填充型蜂窩結構 204
7.1 填充型蜂窩復合結構的構造 204
7.1.1 蜂窩為填充物 204
7.1.2 蜂窩為填容器 206
7.2 薄壁管填充型復合結構力學行為 208
7.2.1 外套方管軸向壓縮力學行為 208
7.2.2 填充結構的屈曲模式與吸能特性 219
7.2.3 填充結構的匹配效應 222
7.3 胞孔內填充型復合結構 226
7.3.1 性能提升 226
7.3.2 比體積 228
7.3.3 匹配效應 229
7.3.4 局部強化效應 234
7.3.5 多種填充結構的對比 239
7.4 填充型蜂窩結構的工程應用 240
7.4.1 在軌道交通中的應用 240
7.4.2 在汽車防撞工程中的應用 245
參考文獻 246
第8章 串聯型蜂窩結構 249
8.1 串聯型蜂窩結構介紹 249
8.2 串聯型蜂窩復合結構力學行為與吸能特性 251
8.2.1 串聯型蜂窩結構理論吸能水平 251
8.2.2 串聯型蜂窩結構準靜態壓縮行為 252
8.2.3 串聯型蜂窩結構動態衝擊行為 258
8.3 串聯型蜂窩結構行為失穩機制 260
8.3.1 串聯型蜂窩結構的失穩行為 260
8.3.2 偏載誘發失穩機制 261
8.4 串聯型蜂窩結構失穩主動控制 262
8.4.1 導向控制 262
8.4.2 多胞結構控制 266
8.5 串聯型蜂窩結構的工程應用 269
8.5.1 在軌道交通中的應用 269
8.5.2 在航天返回艙中的應用 271
8.5.3 在道路防護中的應用 273
參考文獻 276
第9章 蜂窩結構創新構型 278
9.1 類蜂窩結構的力學性能 278
9.1.1 典型類蜂窩結構 278
9.1.2 六邊形類蜂窩結構 281
9.1.3 多邊形格柵型類蜂窩結構 283
9.1.4 曲線形類蜂窩結構 291
9.2 梯度蜂窩結構的力學性能 298
9.2.1 梯度蜂窩結構特點與分類 298
9.2.2 梯度蜂窩結構力學行為 301
9.3 層級蜂窩結構的力學性能 302
9.3.1 層級結構的仿生學及其分類 302
9.3.2 層級蜂窩結構優勢與特點 305
9.3.3 層級蜂窩結構力學行為 307
9.4 負泊松比蜂窩結構的力學性能 311
9.4.1 負泊松比蜂窩結構的思想之源 311
9.4.2 二維負泊松比蜂窩結構分類及其特點 312
9.4.3 三維負泊松比蜂窩結構分類及其特點 315
9.4.4 負泊松比蜂窩結構力學行為 317
參考文獻 320
彩圖
前言
第1章 緒論 1
1.1 蜂窩結構的智能與科學性 1
1.2 蜂窩結構研究的意義 2
1.3 人造蜂窩芯的生產過程 4
1.4 人造蜂窩芯的應用 7
1.5 未來發展方向 12
參考文獻 14
第2章 蜂窩結構的力學特征與分析方法 16
2.1 蜂窩結構的特征 16
2.1.1 幾何特征 16
2.1.2 等效密度 17
2.2 蜂窩結構力學表征 19
2.2.1 力學參數 19
2.2.2 吸能特征 21
2.2.3 主要吸能指標 22
2.3 蜂窩結構力學分析方法 26
2.3.1 理論分析 26
2.3.2 實物實驗 28
2.3.3 數值仿真 35
參考文獻 47
第3章 蜂窩結構的單軸加載行為 51
3.1 蜂窩結構共面單軸加載 51
3.1.1 線彈性變形 51
3.1.2 彈性屈曲 54
3.1.3 塑性坍塌 56
3.1.4 脆性破壞 59
3.2 蜂窩結構異面單軸加載 63
3.2.1 彈性變形 63
3.2.2 彈性屈曲 65
3.2.3 塑性坍塌 67
3.2.4 脆性破壞 74
3.3 高密度蜂窩結構的力學性能 75
3.3.1 高密度蜂窩 75
3.3.2 高密度蜂窩結構的變形模式 78
3.3.3 筋胞厚度匹配 80
3.4 考慮氣壓作用的蜂窩結構異面受載性能 84
3.4.1 胞內氣體對蜂窩結構的強化作用 84
3.4.2 氣壓泄漏對蜂窩結構力學性能的影響 86
參考文獻 90
第4章 蜂窩結構的復雜加載行為 92
4.1 蜂窩結構的彎曲加載 92
4.1.1 彎曲作用下蜂窩結構的變形 92
4.1.2 彎曲強度的實驗分析計算 95
4.2 蜂窩結構的剪切加載 96
4.2.1 剪切作用下蜂窩結構的變形 96
4.2.2 剪切分析計算 99
4.3 蜂窩結構的疲勞損傷 101
4.3.1 蜂窩結構疲勞損傷與破壞 101
4.3.2 蜂窩結構疲勞壽命預測 103
4.4 蜂窩結構雙軸加載 104
4.4.1 共面雙軸加載 104
4.4.2 異面雙軸加載 110
4.4.3 斜孔蜂窩結構壓縮行為 111
4.5 蜂窩結構力學性能隨溫度的變化 119
4.5.1 熱固耦合本構行為 119
4.5.2 高溫對蜂窩結構行為的影響 120
參考文獻 123
第5章 蜂窩結構的動態衝擊響應 126
5.1 動態加載效應 126
5.1.1 動態率效應 126
5.1.2 慣性效應 130
5.2 共面低速衝擊響應 131
5.2.1 x1方向加載 131
5.2.2 x2方向加載 143
5.3 異面低速衝擊響應 146
5.3.1 動態吸能理論模型 147
5.3.2 低速衝擊實驗 148
5.3.3 低速衝擊數值仿真 149
5.3.4 對比分析 150
5.4 異面高速衝擊響應 155
5.4.1 實物實驗 155
5.4.2 力學特性 156
5.4.3 慣性效應 159
5.5 異面超高速衝擊響應 160
參考文獻 161
第6章 含缺陷蜂窩結構的力學性能 163
6.1 蜂窩結構缺陷 163
6.1.1 漏缺孔壁 163
6.1.2 胞孔畸形 165
6.1.3 孔壁脫膠 167
6.1.4 多焊堵膠 169
6.1.5 整體翹曲 170
6.2 缺陷蜂窩結構力學性能 172
6.2.1 漏缺孔壁的影響 172
6.2.2 胞孔畸形的影響 180
6.2.3 孔壁脫膠的影響 183
6.3 蜂窩結構缺陷的控制 184
6.3.1 工藝改進 184
6.3.2 幾何識別改進規整性 185
6.4 蜂窩結構局部強化對其力學性能的改進 194
6.4.1 蜂窩結構的預壓縮 194
6.4.2 蜂窩結構預壓縮低敏感設計 197
6.4.3 蜂窩結構的局部強化 200
參考文獻 202
第7章 填充型蜂窩結構 204
7.1 填充型蜂窩復合結構的構造 204
7.1.1 蜂窩為填充物 204
7.1.2 蜂窩為填容器 206
7.2 薄壁管填充型復合結構力學行為 208
7.2.1 外套方管軸向壓縮力學行為 208
7.2.2 填充結構的屈曲模式與吸能特性 219
7.2.3 填充結構的匹配效應 222
7.3 胞孔內填充型復合結構 226
7.3.1 性能提升 226
7.3.2 比體積 228
7.3.3 匹配效應 229
7.3.4 局部強化效應 234
7.3.5 多種填充結構的對比 239
7.4 填充型蜂窩結構的工程應用 240
7.4.1 在軌道交通中的應用 240
7.4.2 在汽車防撞工程中的應用 245
參考文獻 246
第8章 串聯型蜂窩結構 249
8.1 串聯型蜂窩結構介紹 249
8.2 串聯型蜂窩復合結構力學行為與吸能特性 251
8.2.1 串聯型蜂窩結構理論吸能水平 251
8.2.2 串聯型蜂窩結構準靜態壓縮行為 252
8.2.3 串聯型蜂窩結構動態衝擊行為 258
8.3 串聯型蜂窩結構行為失穩機制 260
8.3.1 串聯型蜂窩結構的失穩行為 260
8.3.2 偏載誘發失穩機制 261
8.4 串聯型蜂窩結構失穩主動控制 262
8.4.1 導向控制 262
8.4.2 多胞結構控制 266
8.5 串聯型蜂窩結構的工程應用 269
8.5.1 在軌道交通中的應用 269
8.5.2 在航天返回艙中的應用 271
8.5.3 在道路防護中的應用 273
參考文獻 276
第9章 蜂窩結構創新構型 278
9.1 類蜂窩結構的力學性能 278
9.1.1 典型類蜂窩結構 278
9.1.2 六邊形類蜂窩結構 281
9.1.3 多邊形格柵型類蜂窩結構 283
9.1.4 曲線形類蜂窩結構 291
9.2 梯度蜂窩結構的力學性能 298
9.2.1 梯度蜂窩結構特點與分類 298
9.2.2 梯度蜂窩結構力學行為 301
9.3 層級蜂窩結構的力學性能 302
9.3.1 層級結構的仿生學及其分類 302
9.3.2 層級蜂窩結構優勢與特點 305
9.3.3 層級蜂窩結構力學行為 307
9.4 負泊松比蜂窩結構的力學性能 311
9.4.1 負泊松比蜂窩結構的思想之源 311
9.4.2 二維負泊松比蜂窩結構分類及其特點 312
9.4.3 三維負泊松比蜂窩結構分類及其特點 315
9.4.4 負泊松比蜂窩結構力學行為 317
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