摘要：铝合金多胞薄壁管轴向压缩在能量吸收方面比普通方形管具有更优的力学性能,在汽车、航空、军事装备以及其他产业应用前景非常广泛。为研究挤压型材6061-T6铝合金材料各向异性特征,在板材上分别沿挤压方向0°、45°、90°取样进行单轴拉伸力学特性试验,获取相应的应力-应变曲线和各向异性特征参数,基于各向异性硬化行为的屈服准则建立材料本构模型。设计口字、日字、目字等构型截面并对管件进行准静态压溃试验,通过对比分析变形-压溃力曲线表明目字型多胞铝合金薄壁结构具有更加优越的耐撞性能。为进一步获得目字型薄壁管最优设计参数,考虑泊松比、弹性模量等材料参数波动对结构耐撞性能产生不确定性影响,建立多胞铝合金薄壁管耐撞性区间不确定性优化模型,采用区间可能度方法将其转化为确定性问题,结合人工神经网络(artificial neural networks,ANNs)模型与交错投影寻踪遗传算法(intergeneration projection genetic algorithm,IP-GA)方法对该问题进行双层嵌套优化,分析不同可能度水平对不确定性优化结果的影响,为不同可靠性优化设计的选择提供指导性意见。

摘要：设计并提出了一种新型的仿竹六边形梯度层级多胞管。首先,采用超折叠单元方法推导了六边形单梯度层级多胞管的平均冲击力的理论解,开展了方管的实验研究,利用理论解及实验结果对有限元数值模型的精确性进行了验证。其次,利用验证后的数值模型分析了不同壁厚的仿竹六边形梯度层级多胞管的耐撞性能。最后,系统地研究了仿竹六边形梯度层级多胞管相比常规方管、六边形管、六边形单梯度层级多胞管在相同质量、相同初始峰值力和相同能量吸收条件下的耐撞性能。研究结果表明:提出的仿竹六边形梯度层级多胞管能有效降低结构的初始峰值力和提高结构的冲击力效率,在相同质量、相同初始峰值力和相同能量吸收条件下,仿竹六边形梯度层级多胞管的综合耐撞性能都要优于常规方管、六边形管和六边形单梯度层级多胞管。研究结果能为新型梯度层级多胞管的结构创新设计提供参考。

摘要：圆管圆角模具内翻作为金属薄壁管的一种变形模式有着良好的吸能特性.现有关于内翻模式的理论模型均假设变形区曲率恒定且很少有关于翻转全过程翻转力的研究.通过试验测试和有限元模拟对6063铝管的内翻过程进行了研究,并结合外翻模式变形特点详细探讨了内翻模式的变形特点.根据试验和有限元结果提出了一种新的描述内翻模式的理论模型,该理论模型在同时考虑了变形区曲率变化和管壁增厚的基础上,对内翻全过程的翻转力也进行了预测,进而可以得到内翻模式总吸能和比吸能的理论结果.通过与前人理论结果和试验结果的对比得到,文章理论结果更吻合试验和有限元结果.最后,根据验证后的理论模型对内翻模式的耐撞性进行了分析讨论,结果表明:存在最优模具半径使得内翻稳态力、总吸能和比吸能最小;增大圆管壁厚可显著提高内翻模式吸能特性;增大圆管半径能提高内翻稳态力和总吸能,但会降低比吸能.新的内翻理论模型为描述内翻变形模式和内翻管作为吸能元件提供了理论依据.

摘要：薄壁吸能结构在航空航天和交通运输等领域发挥着重要作用。受具有出色抗压特性的杨桃果实启发,设计了仿生星形薄壁结构。通过有限元仿真、实验和理论分析结构变形和吸能机制,讨论截面形状和几何参数对薄壁结构吸能特性的影响。探究了层级设计与加强筋配置对星形薄壁结构耐撞性的优化效果。结果表明,星形薄壁结构具有规则的渐进折叠变形机制,其比吸能、压溃力效率等耐撞性能大幅优于常见截面的薄壁结构,具有良好的工程应用潜力。

摘要：为了获得稳定的轴对称变形模式和较好的耐撞性,设计轴向轮廓为正弦曲线的薄壁锥形波纹管。采用SLM制备AlSi10Mg合金试样和波纹管,并进行拉伸实验和波纹管轴向压溃实验,采用实验和数值仿真研究退火、固溶和T6热处理对波纹管轴向压缩下耐撞性的影响。研究结果表明:265℃退火热处理后,波纹管在静压下出现裂纹失效,与未热处理相比,AlSi10Mg合金试样经T6热处理后伸长率由4.7%提升至13.8%,拉伸强度由413.2 MPa降低至135.3 MPa。波纹管压溃力波动范围随伸长率增加而减小。经265℃、2 h退火处理后,波纹管峰值力达到最大为7.11 kN,压溃力波动幅值最大,压溃力效率为65.9%。经T6热处理后,波纹管峰值力降到最小,为4.75 kN,压溃力波动为所有波纹管中最小,吸能量最少,为279.12 J。与T6热处理相比,经295℃、3 h退火热处理后,波纹管平均压溃力达到5.09 kN,提升了16%,吸能量达到最大,为341.24 J,提升了18.5%。为了提升SLM打印的波纹管耐撞击性能,热处理工艺需要在保证伸长率的同时尽量提高材料强度。

摘要：层级多胞结构具有良好的吸能特性,可以广泛应用于汽车、飞机等交通工具的能量吸收装置中。创新性地设计了两种类型的自相似嵌套金属多胞管,通过数值仿真对其轴向冲击下的耐撞性能开展了系统的研究。结果表明,无论是相同质量还是相同壁厚,高阶多胞管相比低阶多胞管都具有更好的能量吸收能力。相同质量情况下,高阶多胞管的比能量吸收最高提升了36.45%,冲击力效率最高提升了35.42%;相同壁厚情况下,高阶多胞管的比能量吸收和冲击力效率最大分别增加了80.40%、59.64%。研究表明,所提出的自相似嵌套金属多胞管相比传统多胞管的耐撞性能具有明显改善。最后,系统地开展了阶数、壁厚等结构参数对自相似嵌套金属多胞管耐撞性能的参数化研究。

摘要：为提高传统薄壁方管的吸能效率,受甲虫翅鞘微观小梁结构启发,提出了一种仿生层级薄壁方管(Bionic Hierarchical thin-walled Square Tube,BHST)。基于超折叠单元理论,建立了BHST平均压溃力理论模型。通过非线性有限元法分析BHST与传统多胞薄壁方管轴向吸能特性,研究了结构参数对BHST4-2结构耐撞性的影响。结果表明,理论预测与数值模拟结果吻合,相对误差均在7%以内。BHST具有优异的耐撞性。与二阶方管边长相比,壁厚对BHST4-2结构的耐撞性影响更显著。采用径向基函数(Radial Basis Function,RBF)模型和遗传算法对BHST4-2结构进行了多目标优化,得到了结构最优参数。研究结果为设计具有优异吸能特性的薄壁方管提供了新思路。

摘要：为提高汽车安全防护结构耐撞性,以枪虾虾螯(大螯)作为仿生原型,通过生物实验提取虾螯微观结构,设计了24种仿生混合负泊松比吸能结构。以质量比吸能(SEA)、结构平均压溃效率(CFE)、初始峰值载荷(IPF)作为评价结构耐撞性的主要指标,借助经过验证的有限元模型对设计结构仿真模拟,经过结果数据分析确定影响结构耐撞性指标的关键参数a(胞元内凹深度),结合实际工况利用加权组合综合评价方法选出最优耐撞性结构。结果显示,当a=6.80 mm时的BCDA型混合结构耐撞性能最优,优化后SEA=3.21 kJ/kg,IPF=8.58 kN,CFE=31.29%。与单一胞元结构相比,优化后混合模型IPF最高降低35.24%,SEA最高提升35.72%,CFE有所下降,最多降低47.20%。

摘要：负泊松比材料由于其独特的拉胀特性,被广泛应用于抗冲击性能较高的耐撞防护结构中。本文旨在提升防护结构的耐撞性,基于内凹六边形负泊松比材料设计了一种负泊松比夹层结构,并采用有限元软件Ls-dyna对其耐撞性能进行仿真研究。通过对比不同载荷工况下负泊松比夹层结构的耐撞性,分析载荷形状与碰撞角度等对结构耐撞性能的影响。研究结果表明,负泊松比夹层结构的吸能过程主要通过胞元变形来实现,且参与变形的胞元越多,其耐撞性越好。本文为船舶耐撞防护结构设计提供了新的思路和方法,具有实际应用前景。

摘要：汽车前纵梁是车辆正面碰撞中最关键的支撑及吸能部件。该文以某SUV的前纵梁为研究对象,建立整车碰撞模型,根据薄壁梁特性建立简化的前纵梁碰撞模型,对前纵梁耐撞性进行多目标优化。以仿真试验结果为参考依据,选取前纵梁厚度、诱导槽位置、诱导槽深度为正交试验因素,设计L9(34)正交试验表,以纵梁载荷峰值、最大吸能量为优化目标,通过矩阵分析法,计算各因素及水平对优化目标的权重系数,得到最优结果。结果显示,所设计模型较原模型的整车耐撞性得到进一步提高。