ANSYS Workbench三维Voronoi蜂窝薄壁结构静态压缩分析 原创

传统六边形拉伸三维蜂窝源于规则六边形网格沿第三方向的拉伸成形，其胞元形状一致并呈周期性排列，胞壁方向性显著，整体表现出较强的各向异性。三维Voronoi蜂窝则基于空间随机种子点对空间进行剖分，形成不规则多面体胞元；其薄壁沿胞面构成，拓扑结构呈非周期、无序特征，胞元尺寸与形状均具有随机性。

上述几何差异使三维Voronoi蜂窝在力学性能方面具有多方面优势：其宏观各向同性程度相对更高，不同方向上的刚度与变形响应更为均匀；载荷传递路径更加分散，不易形成规则结构中常见的弱化方向；空间约束较为充分，有利于提高等效刚度与强度；在压缩或冲击载荷作用下，坍塌过程更为渐进，更多胞元参与能量吸收，平台阶段更为平稳；裂纹扩展路径更加曲折，易发生偏转与分叉，因而韧性更优。因此，该结构在复杂多轴载荷与吸能防护场景中具有较好的应用潜力。

 

三维Voronoi蜂窝薄壁多孔结构可采用CAD Voronoi 3D插件建模生成，该插件可对孔壁厚度、孔隙直径等参数进行设置。

 

几何建模完成后，将其导出为SAT格式文件，并在ANSYS Workbench的几何结构模块中以几何模型形式导入。分析类型选用静态结构分析系统。

 

网格划分时，建议单元尺寸小于多孔结构薄壁厚度，以确保薄壁厚度方向的离散精度和计算准确性。边界条件方面，对模型左侧表面施加位移约束，对右侧表面施加沿压缩方向的指定位移，从而以位移控制方式实现受压加载。

 

完成材料参数、网格划分及边界条件设置后，提交静态结构分析进行求解。计算完成后进入结果后处理模块，查看等效应力云图与总位移云图，并对应力分布、位移分布规律以及结构在受压载荷下的变形特征进行分析。