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题名Scherk单周期极小曲面力学特性研究
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作者
王帅
邓涛
何佳璐
周开发
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机构
重庆工程职业技术学院智能制造与交通学院
重庆交通大学航空学院
重庆交通大学土木工程学院
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出处
《机械强度》
北大核心
2025年第8期48-58,共11页
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基金
国家自然科学基金项目(52275051)
重庆交通大学自然科学类揭榜挂帅项目(XJ2023000701)
+1 种基金
重庆市研究生导师团队建设项目(JDDSTD2022007)
重庆市研究生联合培养基地建设项目(JDLHPYJD2022001)。
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文摘
极小曲面具有空间连续光滑的特点,能够有效避免应力集中问题,成为力学超材料研究的重要关注方向。研究了一种Scherk单周期极小曲面(Single-Periodic Minimal Surface,SPMS),采用体素重构技术多软件联合生成了空间连续光滑几何模型。利用有限元仿真探究了单周期Scherk曲面结构的力学行为和能量吸收特性。分析了极小曲面数学参数对几何构型的影响规律,建立了五种不同参数的极小曲面,探求了在正压和侧压的条件下,五种结构的变形模式与应力分布。借助金属打印技术制作了Scherk曲面结构,并进行了准静态压缩试验。结果表明,Scherk单周期曲面具有明显的负泊松比效应,SPMS结构呈现的X形和V形变形模式,能够很好地承受外载荷作用。压缩试验表明,SPMS结构反力和位移曲线呈现驼峰现象,说明该结构表现出负泊松比和负刚度特性,该特性为其在几何大变形和能量吸收方面的应用研究提供了广阔的空间。
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关键词
单周期极小曲面
Scherk曲面
能量吸收
负泊松比
负刚度
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Keywords
Single-periodic minimal surface
Sherk surface
Energy absorption
Negative Poisson ratio
Negative stiffness
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分类号
TG146.2
[金属学及工艺—金属材料]
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题名基于极小曲面夹层结构的新型高速公路防撞垫设计研究
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作者
孙楠
周开发
王帅
马雯怡
郭东灵
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机构
重庆交通大学土木工程学院
重庆交通职业学院智能制造与汽车学院
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出处
《机械强度》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期1395-1401,共7页
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基金
重庆市自然科学基金面上项目(cstc2019jcyj-msxmX0516)
重庆市教委科技项目(KJZD-K201905701)资助。
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文摘
针对传统防撞垫结构对车辆造成的碰撞力过大问题,设计了一种基于单周期极小曲面(Singly Periodic Minimal Surface,SPMS)的夹层结构的新型可导向防撞垫。首先,利用Mathematica探究了SPMS隐函数表达式中a、b、c三个参数的改变对结构形式的影响规律。然后,对SPMS结构进行准静态压缩有限元仿真。最后,建立车辆-防撞垫碰撞模型系统,在100 km/h的车速下进行了实车碰撞仿真。研究结果表明:参数a、b的改变会使结构呈现周期性旋转对称变化,参数c的改变会改变SPMS结构亏格的大小,最终确定参数a、b、c的最优值分别为1、0.3、0。通过实车碰撞模拟,与传统防撞垫相比,新型防撞垫在正碰、侧碰工况下,峰值碰撞力分别下降了37.5%和18.8%。该新型防撞垫能够有效降低碰撞力,同时吸收冲击破坏下的巨大能量,具有良好的工程借鉴价值。
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关键词
单周期极小曲面
可导向防撞垫
耐撞性能
有限元方法
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Keywords
SPMS
Guiding crash cushion
Collision resistance
Finite element method
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分类号
U417.12
[交通运输工程—道路与铁道工程]
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