摘要：前期研究工作中,基于有限元分析,作者发展了一种在大变形范围内具有可调恒定负泊松比的新型增强六手臂缺失支柱手性拉胀超材料.为了揭示微观结构-力学性能关系,并进一步指导超材料目标参数设计,本文在小变形框架下基于能量法建立了表征该拉胀材料等效泊松比和弹性模量的理论模型.增强六手臂缺失支柱手性拉胀材料由“Z”型手臂元件组成.“Z”型手臂可以被假设为两端简支的欧拉-伯努利梁.因此,本文首先推导了两端受集中力和力偶的任意形状欧拉-伯努利梁的应变能.然后,考虑平衡条件和变形协调条件进一步给出了材料等效泊松比和弹性模量的理论表达式.研究表明只有“Z”型梁的内外手臂比为2:1时,理论表达式才有简洁的形式.为了更好地利用所推导的理论表达,基于理论推导,本文开发了MATLAT图形用户界面(GUI).在GUI中输入可描述该超材料几何形状的独立几何参数,即可直接获取其等效泊松比和弹性模量.最后,基于理论结果,系统讨论了超材料微结构几何参数对其等效力学性能的影响,并将理论解与有限元计算结果进行了对比.结果表明,可以通过调控微结构几何参数获取大范围的目标力学性能.

摘要：自锁吸能系统可无需外加约束而避免元件在冲击荷载下的横向飞溅,具有广阔的应用前景。然而,已有自锁吸能系统大都只在特定方向具有自锁稳定性,构型复杂且造价昂贵,或截面形状特殊,不便拆装,制约了应用和推广。为此,该文提出了一种新型的多向自锁能量吸收系统,由具有双叉戟状横截面的薄壁管组成,拆装方式灵活便捷。当系统受冲击时,管件的管槽限制了相邻主体管的位移,使管件系统在空间多个方向的冲击载荷下,均可实现自锁,并且充分变形,稳定吸能。通过有限元分析,系统考察了双叉戟单管的几何参数效应以及阵列轮廓尺寸对系统吸能特性的影响。相较于已有的自锁系统,该文发展的双叉戟自锁吸能系统具有更优异的吸能特性。

摘要：自锁吸能系统无需外加约束或内部连接即可抵挡外部冲击而不发生元件飞溅,在吸能防护领域引起了广泛关注.然而,现有吸能系统大多为块体式平面自锁吸能系统,无法对曲面构筑物提供有效防护.为此,本文发展了一种能与曲面构筑物紧密贴合的新型曲面自锁能量吸收系统.吸能系统由曲面双叉戟状薄壁管组装构成,结构简单、易于生产且可灵活拆装.基于有限元仿真,本文进而系统地研究了曲面双叉戟状薄壁管系统和单管的吸能特性.结果表明:当系统受冲击时,管件的齿状结构及齿间管槽可限制相邻管件的位移,使系统在冲击载荷作用下能够实现自锁;管件在冲击过程中始终与曲面构筑物保持贴合;此外,吸能系统仅受冲击侧管件参与变形.因此,曲面自锁系统可对曲面构筑物提供有效的防护,并且可重复利用,具有较高的经济性.