蜂窝结构具有质量轻、比强度高、比刚度大、隔热隔音效果好、吸能性强、形状多样和较强的可设计性等许多优良的力学性能,甚至还可以通过设计不同的构型来满足零泊松比或者负泊松比蜂窝结构等这类特殊需要。这些特点使得蜂窝结构大量运用在航空航天、交通、机械、包装、医学等众多领域。其中,正六边形蜂窝结构是最常见、最常用的一种蜂窝构型,人们对它的研究也是最为深入。但对于外荷载较大时,正六边形蜂窝结构塑性变形阶段产生塑性铰后其变形和受力的研究尚为少见。计算塑性铰的大小,研究带有塑性铰的蜂窝结构的力学特性和本构关系,对于实际运用有着很大意义。本文以正六边形蜂窝结构为研究对象,提取出单个蜂窝胞元,以欧拉-伯努利梁理论和梁的大挠度变形弯曲理论为基础,根据蜂窝胞元结构和荷载的对称性,简化了蜂窝胞元的受力变形情况,并将胞元分离成斜壁板和直壁板分别研究,从而建立了正六边形蜂窝结构的弹性理论模型、塑性理论模型,推导得到了塑性铰的计算公式以及蜂窝结构的非线性本构关系。本文建立的弹塑性理论分析模型是基于求解一系列微分方程基础之上的,理论上来说比有限元法具有更高的精度。之后对比分析了在不考虑塑性变形和考虑塑性变形情况下蜂窝结构的非线性本构关系的差异,表明塑性模型比弹性模型更“柔”。此外,还发现了处于塑性变形阶段的蜂窝结构会因塑性铰的出现而产生刚度先减小后增大的现象以及此类蜂窝结构抗拉性能强于抗压性能的结论,这对于设计该类蜂窝结构具有重要参考意义。然后,为了验证理论模型的准确度,运用有限元软件ANSYS进行数值仿真模拟,建立了单个正六边形蜂窝胞元的模型,得到了模型的非线性本构关系,并与理论结果进行对比,最大误差约为7.9%,这个误差值可以被接受,这显示了ANSYS模型的准确性。最后,为了研究对正六边形蜂窝结构非线性本构关系产生影响的因素,分析了材料屈服极限、蜂窝胞元斜壁板与水平轴线夹角和蜂窝壁板厚长比对蜂窝结构非线性本构关系的影响,结果显示材料的屈服极限仅仅只是改变塑性铰产生的位置,而不改变本构关系曲线的形状;蜂窝胞元斜壁板与水平轴线夹角的大小则对蜂窝胞元本构关系有着很大的影响,可以发现夹角越小,胞元的弹性变形阶段越长,弹性模量越大,也就是说结构刚度越大;而从结果来看,蜂窝壁板厚长比的值越大,蜂窝结构的杨氏模量越大,这说明蜂窝壁板越“厚”,越不容易变形。综合这些参数分析结果来看,此类蜂窝结构的抗拉性能强于抗压性能,竖向抗拉压性能优于横向抗拉压性能这个结论可为今后生产该种类蜂窝结构作为参考。