摘要：为提高泡沫铝填充薄壁金属圆管的吸能特性并进行高效率结构设计,基于均匀拉丁超立方试验设计方法和径向基函数神经网络,构建轴向冲击下泡沫铝填充铝管吸能特性的近似模型,并将近似模型嵌入遗传算法中实现构件的结构优化。研究结果表明:基于径向基函数神经网络构建的近似模型的拟合优度大于0.99、均方根误差小于0.08,且近似模型的计算耗时仅为数值计算的0.56%;近似模型在保证较高精度的同时可大幅提高计算效率;对泡沫铝填充铝管的结构优化发现,通过增大圆管半径和壁厚、减小高度可使泡沫铝填充铝管的平均压缩力最大化,反之,可使泡沫铝填充铝管的峰值压缩力最小化;基于遗传算法的多目标优化显著提高了泡沫铝填充铝管的吸能特性;该研究成果可为泡沫铝填充薄壁金属圆管的快速设计和优化提供参考。

摘要：极小曲面结构是一种表面连续光滑的曲面多孔结构,具有低密度、高强度以及优良的减震吸能等特性,在航空航天、汽车工业、机械装备等领域的结构轻量化设计方面,具有广泛的应用前景.本文采用多射流熔融(MultiJet Fusion,MJF)增材制造技术,结合参数化建模方法,以尼龙PA12为原料制备了体积分数同为20%的3种极小曲面多孔结构(G曲面、P曲面、D曲面).利用准静态压缩试验和数值模拟,分析了不同极小曲面结构的力学响应和吸能特性.研究发现:在力学响应方面,3种极小曲面的平台名义应力分别为4.0 MPa、2.1 MPa和4.75 MPa,明显高于相同体积分数下BCC点阵结构的平台名义应力(2.0 MPa),具有更好的承载能力;在吸能方面,G曲面、P曲面和D曲面的单位体积吸能量近似可达BCC点阵结构的7倍、4倍、8倍.综上所述,与传统BCC点阵结构相比,MJF增材制造工艺制备的极小曲面结构能够更好的分散压力,减少应力集中,表现出优异的力学性能和吸能特性,具有非常好的应用前景.

摘要：为提高液压支架在矿井中工作时的防冲性能,文中提出了一种锥形薄壁圆管吸能结构。根据其变形特点建立力学模型,并对其吸能量及平均压溃力进行计算。建立吸能结构的三维模型,通过ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析,探究锥形薄壁圆管的锥度、壁厚和导向槽的直径对其轴向压溃的屈曲变形、初始峰值力、平均支反力、吸能总量和吸能效果的影响,并结合试验加以验证。研究结果表明:在不更改吸能构件其他参数的情况下,导向槽的直径降低或吸能构件壁厚的增加,均有利于初始峰值力、吸能总量与平均支反力的提高;锥度的增加,使得吸能构件的平均载荷显著降低,锥形管的加入有效防止了吸能构件在受压变形过程中,变形部件出现胀管和从中部压溃,不按预想的方式压溃的问题。

摘要：为了研究大型客机货舱地板下部结构吸能特性,在已开展的3框两跨货舱地板下部结构落重冲击试验基础上,建立了结构的细节有限元模型,开展了坠撞动力学仿真分析。与试验结果对比分析了货舱地板下部结构的变形模式、关键点位移及落重速度变化情况等,并得到了各部件能量吸收情况。研究结果表明:货舱地板下部结构有限元模型总体刚度与试验件基本相同,验证了有限元模型和材料模型的准确性。建立了货舱地板下部结构垂直坠撞工况模型,验证了货舱地板下部结构垂直坠撞与落重冲击工况的等效性。同时建立货舱地板下部结构垂直坠撞俯仰(3°,5°,7°和9°)与滚转(3°,5°,7°和9°)模型,通过变形模式及吸能分析对比,进行了俯仰、滚转对货舱地板下部结构适坠性的影响分析。结果显示,货舱地板下部结构俯仰及滚转对框组件、立柱及横梁变形和吸能有较大的影响。货舱地板下部结构适坠性研究可以为客舱地板下部结构适坠性设计和分析研究提供技术支持。

摘要：本文研究对象为低速碰撞交通事故中起吸能作用的吸能盒,通过研究汽车吸能盒的结构参数找到提升其吸能特性的合理结构,分别以六边形、类四边形和类蜂窝夹层结构填充吸能盒,运用理论分析与数值仿真相结合的方法对传统吸能盒和蜂窝填充结构汽车吸能盒进行吸能特性研究,提升传统吸能盒的吸能特性。研究结果显示:通过填充后,吸能盒的吸能特性得到大幅提升,并且类蜂窝夹层结构吸能盒还降低了传统吸能盒的碰撞力峰值,具有重要的创新性,为汽车吸能盒的发展提供了一种新的选择,同时为汽车的安全性设计提供了重要的参考依据。

摘要：柔性减震技术在隧道等地下工程结构震害控制中的应用已被广泛认可,为了能够进一步推动柔性减震技术的全面发展和应用,基于黏弹性阻尼理论在桥梁建筑抗震领域中应用的认识,提出一种拟应用于地下隧道工程抗震领域的黏弹性阻尼减震层结构。通过改进分离式Hopkinson(SHPB)试验系统对不同的岩石–阻尼层–混凝土组合试件进行冲击试验,以此来分析黏弹性阻尼减震层的吸能特性。对比探讨了橡胶、硅胶不同阻尼层材料及蜂窝状、波纹状、圆柱状阻尼层结构在冲击试验中的吸能规律及其吸能效果;同时在相同阻尼层材料及其结构形状条件下,对比分析了不同厚度阻尼层的吸能规律,探讨了黏弹性阻尼减震层中阻尼层的最佳厚度;研究结果表明:与对照组(岩石–混凝土组合试件)相比,不同阻尼层的阻尼减震层结构吸收的入射能均提高了10%以上,表明该结构优越的吸能特性,同时高阻尼的橡胶比硅胶作为阻尼层材料具有更好地吸能效果;在3种不同形状的阻尼层中,蜂窝状阻尼层结构具有更好的吸能效果;对比分析不同厚度阻尼层结构的吸能效果时发现效果最佳的阻尼层厚度为20 mm;研究成果将为隧道地下工程抗震结构设计提供理论和数据支撑。

摘要：为设计出具备优良吸能特性的薄壁结构,提出一种新型负高斯曲率曲面圆形横截面薄壁管(negative Gaussian curvature surface circular tube,NGC-C)。利用经验证的有限元分析方法对其进行轴向动态冲击模拟,提取各项性能指标,借助复杂比例评估法(complex proportion assessment,COPRAS)将其与传统薄壁吸能结构进行了综合性能对比。采用拉丁超立方抽样法从设计空间中提取样本点并获取各样本点对应性能响应值,建立代理模型。基于该代理模型,借助改进非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ)对其进行了多目标优化设计。结果表明:NGC-C综合性能优于传统薄壁吸能结构,经优化后比吸能提高了16.47%,有效压溃长度降低了12.40%,质量减少了20.18%。将负高斯曲率曲面形态引入薄壁管构型,能够提高薄壁管的耐撞性和轴向抗变形能力。

摘要：选择柔性热塑性聚氨酯(TPU)为原料制备实验试样。基于面心立方层级结构,改变结构的直梁样式、间距,并将蜂窝结构层引入结构中,通过实验和有限元分析,研究层级结构在准静态加载下的变形模式和吸能特性。实验结果与有限元分析得到的载荷-位移曲线吻合较好。结果表明:与初始面心立方层级结构相比,增大直梁的振幅,调整直梁间距为2 mm,即增加塑性铰个数时,又或将蜂窝结构层引入层级结构,可以大幅提高层级结构的能量吸收性能;减小间距、增多塑性铰数目对改善层级结构吸能能力的效果最优;D-1构型与M-1构型相比,比吸能提高了46%;调整塑性铰位置时,层级结构会发生屈曲,不利于层级结构的能量吸收;与M-1构型相比,D-2和D-3构型的比吸能分别降低了27%和34%。

摘要：将层级和嵌套相结合,设计了两种不同类型和嵌套方式的圆形嵌套层级多胞管,采用数值模拟方法对其轴向冲击下的吸能特性开展了系统的研究。研究结果表明,无论是相同壁厚还是相同质量,高层级多胞管相比低层级多胞管都具有更好的能量吸收能力。相同壁厚情况下,高层级多胞管的比能量吸收和冲击力效率最高分别高出22.49%和16.55%,与传统圆管相比,层级多胞管的比能量吸收和冲击力效率最高分别高出43.16%和36.45%。相同质量情况下,高层级多胞管的比能量吸收和冲击力效率最高分别提升了21.04%和24.47%。最后,系统地开展了层级数、壁厚等结构参数对圆形嵌套层级多胞管耐撞性的参数化研究。

摘要：基于传统内凹六边形蜂窝,引入机械超材料设计理念构造了一种曲边内凹蜂窝结构,并结合仿生学原理,设计了双同心及三同心蜂窝结构.在不同冲击速度载荷下对各种蜂窝结构的变形模式和吸能特性进行了比对分析,结果表明:相比于单胞数蜂窝结构,多胞数同心蜂窝结构的变形模式存在差异,在低、中、高冲击速度下均具有更高的平台应力和比吸能,且随着同心胞数增加,抗压溃能力和吸能能力越强.结合功能梯度材料设计理念,构造了四种具有同心梯度的蜂窝结构,对其在低速下的变形模式和吸能效果进行了分析,发现同心梯度的分布顺序对蜂窝结构的变形模式和吸能特性影响较大,单向逆同心梯度设计的蜂窝结构表现出较好的能量吸收特性,通过同心梯度分布设计,能够调控蜂窝结构的变形模式和吸能效果.