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题名应用于低速冲击的新型力学超材料
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作者
谭路遥
邱利彬
尹霞
盛俊杰
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机构
中国工程物理研究院总体工程研究所
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出处
《包装工程》
CAS
北大核心
2024年第19期115-124,共10页
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文摘
目的针对低速碰撞场景下的吸能缓冲需求,设计一种具有准零刚度特性的新型力学超材料。方法首先对力学超材料的几何结构进行参数化建模,超材料主要组成包括薄壁结构与格栅结构。薄壁结构为正弦构型的曲梁,格栅结构由圆杆组成,将薄壁曲梁连接成整体。为了缩短不同应用场景下缓冲结构的设计周期,提出了一种结构力学响应的计算方法。首先建立基于欧拉-伯努利梁原理的薄壁结构运动微分方程,随后提出了一种基于四阶龙格库塔法以及打靶法的数值求解方法,最后基于叠加原理,提出了缓冲结构的力学响应预测方法并进行了相应的线性补偿。结果提出的数值算法可以准确地计算大柔度薄壁结构的力学响应,从而减少设计迭代的次数,大幅缩短设计周期。结论准静态试验结果表明,提出的超材料构型具有准零刚度的特点,并且压缩率超过70%。落锤冲击场景下缓冲结构无明显的初始峰值,响应载荷得到抑制。这说明这种超材料在缓冲领域具有很大的应用潜力,尤其适用于体积受限场景下的冲击防护。
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关键词
低速冲击
准零刚度
多孔结构
力学超材料
落锤试验
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Keywords
low-speed impact
quasi-zero stiffness
porous structure
mechanical metamaterials
drop hammer test
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分类号
TB34
[一般工业技术—材料科学与工程]
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