Mechanical properties of horsetail bio-inspired honeycombs under quasi-static axial load

蜂巢 耐撞性 材料科学 弯曲 结构工程 蜂窝结构 有限元法 变形(气象学) 复合材料 准静态过程 压缩(物理) 准静态载荷 六方晶系 工程类 结晶学 化学 物理 量子力学
作者
Xiaoqiang Niu,Fengxiang Xu,Zhen Zou,Yifan Zhu,Libin Duan,Zhanpeng Du,Hongfeng Ma
出处
期刊:International Journal of Mechanical Sciences [Elsevier]
卷期号:260: 108663-108663 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.ijmecsci.2023.108663
摘要

The bionic strategy is regarded as a highly effective design approach for honeycomb structures. To improve the crushing resistance of the honeycombs, some novel bio-honeycombs are proposed by introducing the microstructure of horsetail stems into regular hexagonal honeycomb (RH) cells in this study. Two types of developed bio-honeycombs are considered, including MP type and CC type. A circular honeycomb compression test is carried out to validate the finite element (FE) model. Subsequently, FE models of bio-honeycombs are established to investigate their out-of-plane crashworthiness. The results suggest that the introduced bionic units and the RH frame component will produce a significant interaction effect, where more severe plastic deformation will be formed at their intersections and more folding lobes are formed on the cell walls. Furthermore, the effect of geometric parameters on crashworthiness of MP_6 (MP type with six ribs) bio-honeycombs is discussed. It demonstrates that the smaller cell size of bio-honeycomb is beneficial for improving the utilization efficiency of materials. The deformation modes of MP_6 bio-honeycombs are determined by the ratio of cell wall thickness to cell length (t/l), and the global bending occurs when t/l exceeds 0.0625. In addition, a theoretical model for estimating the mean crushing force of MP_6 bio-honeycombs is derived, and the error with the FE results is within 7%, confirming that the theoretical solution is in good agreement with the simulation.
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