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Theoretical and experimental study of a compact energy absorption structure
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作者 WANG Yan-jing SUN Cheng-ming +2 位作者 CHEN Fei-peng YAO Shu-jian SUN Hong-ji 《Journal of Central South University》 2025年第7期2766-2780,共15页
The advancement of rail transportation necessitates energy absorption structures that not only ensure safety but also optimize space utilization,a critical yet often overlooked aspect in existing designs.This study pr... The advancement of rail transportation necessitates energy absorption structures that not only ensure safety but also optimize space utilization,a critical yet often overlooked aspect in existing designs.This study presents a compact energy absorption structure(CE)that integrates the advantages of cutting rings and thin-walled tube modules,offering a solution with the high space utilization and the superior crashworthiness.Through theoretical modeling and experimental validation using a drop-weight test system,we analyzed the dynamic response and energy absorption characteristics of the CE.Comparative analysis with existing structures,namely the cutting shear rings(CSR)energy absorption structure and thin-walled tube structure(TW),revealed that the CE significantly improves specific energy absorption(SEA)by 102.76%and 61.54%,respectively,and optimizes crush force efficiency(CFE)by increasing 8.23%and 5.49%compared to CSR and TW.The innovative design of the CE,featuring deformation gradient and delay response strategies,showcases its potential for practical application in engineering,advancing the field of crashworthiness engineering. 展开更多
关键词 energy absorption structure drop-weight test impact dynamics specific energy absorption crush force efficiency
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Influence of manufacturing process-induced geometrical defects on the energy absorption capacity of polymer lattice structures
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作者 Alexandre Riot Enrico Panettieri +1 位作者 Antonio Cosculluela Marco Montemurro 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期47-59,共13页
Modern additive manufacturing processes enable fabricating architected cellular materials of complex shape,which can be used for different purposes.Among them,lattice structures are increasingly used in applications r... Modern additive manufacturing processes enable fabricating architected cellular materials of complex shape,which can be used for different purposes.Among them,lattice structures are increasingly used in applications requiring a compromise among lightness and suited mechanical properties,like improved energy absorption capacity and specific stiffness-to-weight and strength-to-weight ratios.A dedicated modeling strategy to assess the energy absorption capacity of lattice structures under uni-axial compression loading is presented in this work.The numerical model is developed in a non-linear framework accounting for the strain rate effect on the mechanical responses of the lattice structure.Four geometries,i.e.,cubic body centered cell,octet cell,rhombic-dodecahedron and truncated cuboctahedron 2+,are investigated.Specifically,the influence of the relative density of the representative volume element of each geometry,the strain-rate dependency of the bulk material and of the presence of the manufacturing process-induced geometrical imperfections on the energy absorption capacity of the lattice structure is investigated.The main outcome of this study points out the importance of correctly integrating geometrical imperfections into the modeling strategy when shock absorption applications are aimed for. 展开更多
关键词 Lattice structures Architected cellular materials Dynamic simulation energy absorption Geometrical imperfection Additive manufacturing
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Experimental investigation on the anti-detonation performance of composite structure containing foam geopolymer backfill material
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作者 Hang Zhou Hujun Li +6 位作者 Zhen Wang Dongming Yan Wenxin Wang Guokai Zhang Zirui Cheng Song Sun Mingyang Wang 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第1期304-318,共15页
The compression and energy absorption properties of foam geopolymers increase stress wave attenuation under explosion impacts,reducing the vibration effect on the structure.Explosion tests were conducted using several... The compression and energy absorption properties of foam geopolymers increase stress wave attenuation under explosion impacts,reducing the vibration effect on the structure.Explosion tests were conducted using several composite structure models,including a concrete lining structure(CLS)without foam geopolymer and six foam geopolymer composite structures(FGCS)with different backfill parameters,to study the dynamic response and wave dissipation mechanisms of FGCS under explosive loading.Pressure,strain,and vibration responses at different locations were synchronously tested.The damage modes and dynamic responses of different models were compared,and how wave elimination and energy absorption efficiencies were affected by foam geopolymer backfill parameters was analyzed.The results showed that the foam geopolymer absorbed and dissipated the impact energy through continuous compressive deformation under high strain rates and dynamic loading,reducing the strain in the liner structure by 52%and increasing the pressure attenuation rate by 28%.Additionally,the foam geopolymer backfill reduced structural vibration and liner deformation,with the FGCS structure showing 35%less displacement and 70%less acceleration compared to the CLS.The FGCS model with thicker,less dense foam geopolymer backfill,having more pores and higher porosity,demonstrated better compression and energy absorption under dynamic impact,increasing stress wave attenuation efficiency.By analyzing the stress wave propagation and the compression characteristics of the porous medium,it was concluded that the stress transfer ratio of FGCS-ρ-579 was 77%lower than that of CLS,and the transmitted wave energy was 90%lower.The results of this study provide a scientific basis for optimizing underground composite structure interlayer parameters. 展开更多
关键词 Explosion load Composite structure Geopolymer foam energy absorption
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Dynamic response of polymethacrylimide foam sandwich structures with different core layers under water impact loading
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作者 Peilin Zhu Jili Rong +2 位作者 Shenglong Wang Zichao Chen Zifan Jiang 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第7期203-222,共20页
Polymethacrylimide(PMI)foam has the highest specific stiffness and strength among polymer foams,with excellent radar-absorbing capabilities,which provide it with broad prospects in underwater ap-plications.To evaluate... Polymethacrylimide(PMI)foam has the highest specific stiffness and strength among polymer foams,with excellent radar-absorbing capabilities,which provide it with broad prospects in underwater ap-plications.To evaluate the impact resistance of PMI foam sandwich structures,the dynamic response and energy absorption characteristics of PMI foam sandwich structures with different core layers under various water impact loads were investigated using combined experimental and numerical methods.A fluid-structure interaction device with a diffusion angle was used for water impact testing of the PMI foam sandwich structures.The 3D-DIC technique was employed to process the deformation images of the sandwich-structure back panel captured by the high-speed cameras.Numerical simulations were performed to analyze the dynamic deformation process of the PMI foam core.The results indicated that the maximum deformation of the back panel exhibited a nonlinear relationship with the impulse.Below the critical impulse,the maximum deformation of the back panel plateaued,which was determined by the core density.Beyond the critical impulse,the rate of deformation increased with the impulse was governed by the core thickness.Compared with different sandwich panels,PMI foam sandwich struc-tures demonstrate significant advantages in terms of impact resistance under high-impulse conditions. 展开更多
关键词 PMI foam sandwich structure Underwater impact loading Impact resistance energy absorption characteristics
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Sandwich structures with tapered tubes as core:A quasi-static investigation
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作者 Xinmei Xiang Dehua Shao +5 位作者 Xin Zhang Umer Sharif Ngoc San Ha Li Xiang Jing Zhang Jiang Yi 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期447-462,共16页
In this article,the experimental and finite element analysis is utilized to investigate the quasi-static compression features of sandwich constructions built with tapered tubes.3D printing technology was utilized to c... In this article,the experimental and finite element analysis is utilized to investigate the quasi-static compression features of sandwich constructions built with tapered tubes.3D printing technology was utilized to create the hollow centers of the tapering tubes,with and without corrugations.The results demonstrate that the energy absorption(EA)and specific energy absorption(SEA)of the single corrugated tapered tube sandwich are 51.6% and 19.8% higher,respectively,than those of the conical tube sandwich.Furthermore,the results demonstrate that energy absorbers can benefit from corrugation in order to increase their efficiency.Additionally,the tapered corrugated tubes'resistance to oblique impacts was studied.Compared to a straight tube,the tapered tube is more resistant to oblique loads and has a lower initial peak crushing force(PCF),according to numerical simulations.After conducting a parametric study,it was discovered that the energy absorption performance of the sandwich construction is significantly affected by the amplitude,number of corrugations,and wall thickness.EA and SEA of DTS with corrugation number of 8 increased by 17.4%and 29.6%,respectively,while PCF decreased by 9.2% compared to DTS with corrugation number of 10. 展开更多
关键词 Sandwich structure Corrugated tube Tapered tube QUASI-STATIC energy absorption
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防冲吸能液压支架点阵负泊松比吸能结构设计及优化
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作者 沈佳兴 董建秀 +1 位作者 范中海 于英华 《中国机械工程》 北大核心 2025年第3期515-524,共10页
为提高吸能液压支架的吸能特性和支撑特性,设计了一种点阵负泊松比材料的吸能结构。采用仿真分析方法研究了圆形截面、矩形截面的直边内凹星形胞体和内凹六边形胞体的比吸能性能和单位质量支撑力性能,并对比分析确定了矩形截面阶梯边内... 为提高吸能液压支架的吸能特性和支撑特性,设计了一种点阵负泊松比材料的吸能结构。采用仿真分析方法研究了圆形截面、矩形截面的直边内凹星形胞体和内凹六边形胞体的比吸能性能和单位质量支撑力性能,并对比分析确定了矩形截面阶梯边内凹星形胞体的综合性能最佳。利用Workbench软件基于参数分析法研究负泊松比材料胞体的高度、胞体宽度、胞体厚度、胞体内缩量对吸能结构的吸能特性和支撑特性的影响规律;建立了吸能和支撑力的神经网络预测模型;建立了吸能结构的多目标参数优化数学模型;基于fmincon函数对吸能结构的优化数学模型求解,并确定三个局部最优解。通过对比验证分析确定了吸能结构的最佳结构参数:胞体高度为40 mm,胞体宽度为9.2 mm,胞体厚度为10 mm,胞体内缩量为5.2 mm。最优参数吸能结构的最大吸能为1083.36 kJ,平均支撑力为2162.56 kN,支撑力波动系数为1.123,支撑力标准差为28.58 kN,支撑大小适中且支撑力稳定。 展开更多
关键词 吸能液压支架 负泊松比材料 吸能结构 优化设计
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激光粉末床熔融金属点阵结构力学性能研究进展
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作者 果春焕 王磊 +4 位作者 邵帅齐 王树邦 李渐亮 孙倩斐 姜风春 《材料导报》 北大核心 2025年第6期212-221,共10页
金属点阵结构具有轻质、高比强度、高能量吸收等特点,在航空航天、生物医学等领域有着广阔的应用前景。快速发展的激光粉末床熔融技术可精确调控点阵结构参数,进而实现金属点阵结构的材料-结构-性能一体化设计与制造。因此,本文以杆状... 金属点阵结构具有轻质、高比强度、高能量吸收等特点,在航空航天、生物医学等领域有着广阔的应用前景。快速发展的激光粉末床熔融技术可精确调控点阵结构参数,进而实现金属点阵结构的材料-结构-性能一体化设计与制造。因此,本文以杆状点阵结构、板状点阵结构及三周期极小曲面点阵结构等常见的点阵结构类型为顺序,综述了激光粉末床熔融金属点阵结构的力学响应机制、破坏失效行为、结构优化设计及激光粉末床熔融技术对金属点阵结构成型质量、力学性能的影响,进而从结构设计及优化、激光粉末床熔融技术、功能性设计等角度,提出激光粉末床熔融金属点阵结构可能面临的机遇和挑战。 展开更多
关键词 激光粉末床熔融 点阵结构 力学性能 能量吸收
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滚石冲击作用下考虑全植株形态的树木拦挡效应与能量吸收特性
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作者 豆红强 郑彬彬 +1 位作者 王浩 严华祥 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期259-271,共13页
防护林在抵御滚石灾害方面具有重要的拦挡作用,但由于树木“冠-干-根-土”的复杂结构和各向异性特性,导致其对滚石冲击拦挡效应和能量吸收特性的研究相对不足。为此,构建了树木全植株形态“冠-干-根-土”系统的三维数值仿真模型,研究了... 防护林在抵御滚石灾害方面具有重要的拦挡作用,但由于树木“冠-干-根-土”的复杂结构和各向异性特性,导致其对滚石冲击拦挡效应和能量吸收特性的研究相对不足。为此,构建了树木全植株形态“冠-干-根-土”系统的三维数值仿真模型,研究了不同碰撞工况下单株树木对滚石冲击的拦挡效应和能量吸收特性。研究结果表明:树木通过干冠缓冲承载、根系锚固及土壤消散的多层结构协同作用,拦挡滚石并吸收其冲击能量;树木的能量吸收率随滚石动能的增大而降低,峰值冲击力随滚石动能的增大而增大,但二者均随碰撞高度和碰撞偏心率的增大而降低;当滚石冲击动能较小时,约75%的滚石动能在最初25 ms内通过树冠晃动和树干断裂破坏被吸收,树木结构的能量吸收占比为80%~90%,根-土系统和周围土体的能量吸收占比总和为10%~20%;树木对滚石的能量吸收率随冲击角度的增大呈现先增大后减小的趋势,根-土系统和周围土体的能量吸收占比总和在15%~25%。研究成果可为滚石灾害防护林的优化设计和应用提供理论依据。 展开更多
关键词 全植株树木 滚石灾害 数值仿真 拦挡效应 能量吸收特性
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基于增材制造的仿生吸能结构研究现状与展望
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作者 楼航飞 陈文刚 +2 位作者 张伟 蔡心远 龚金锭 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第3期147-156,共10页
吸能结构在人类生活中的广泛应用带动了大量能量吸收特性的科学研究和前沿技术发展。大自然长时间的选择使一些动植物具有特殊结构,这些特殊结构给予设计者灵感,仿生吸能结构被大量地研究。在此过程中,增材制造技术由于具有灵活性强、... 吸能结构在人类生活中的广泛应用带动了大量能量吸收特性的科学研究和前沿技术发展。大自然长时间的选择使一些动植物具有特殊结构,这些特殊结构给予设计者灵感,仿生吸能结构被大量地研究。在此过程中,增材制造技术由于具有灵活性强、能够制造复杂结构及利用增材制造材料等特点,成为解决轻量化和复杂结构需求的理想选择。然而现阶段科研人员对仿生吸能结构领域的综述性研究较为有限,系统性的总结也相对缺乏,导致对整个技术的发展现状及面临的问题理解不够深入。本文主要对仿生薄壁结构、仿生板结构、仿生细胞结构和仿生建筑结构所对应动植物的结构与性能进行了系统性的总结,阐述了增材制造技术在仿生吸能结构领域的研究现状,以期为未来各行业仿生吸能结构的发展提供一定参考。 展开更多
关键词 结构仿生 吸能 增材制造 生物结构 应用 复合材料
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新型边界增强变截面空心BCC点阵结构的耐撞性分析
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作者 李博 刘华 +2 位作者 张显涛 罗敏 杨先锋 《载人航天》 北大核心 2025年第2期202-211,共10页
针对点阵结构在实际应用中所面临的边界条件和实际尺寸及阵列数限制的问题,提出了一种新型变截面空心点阵设计思路以提高结构的能量吸收能力。通过在变截面空心点阵边界处添加金属片单元,设计了新型增强型变截面空心点阵材料;基于选区... 针对点阵结构在实际应用中所面临的边界条件和实际尺寸及阵列数限制的问题,提出了一种新型变截面空心点阵设计思路以提高结构的能量吸收能力。通过在变截面空心点阵边界处添加金属片单元,设计了新型增强型变截面空心点阵材料;基于选区激光熔融工艺制备了316L不锈钢变截面空心点阵和增强型变截面空心点阵结构;通过准静态压缩试验及基于LsDyna的仿真分析,对各变截面空心点阵结构的力学性能和吸能特性展开研究。基于试验验证的有限元模型进行了点阵结构性能参数化分析,揭示了边界金属片单元布置方式对增强型点阵结构的能量吸收影响规律。结果表明:金属片单元布置在垂直于加载平面的点阵棱边,可显著增强其能量吸收能力且具有良好的载荷均匀性。 展开更多
关键词 点阵结构 变截面设计 边界设计 数值模拟 能量吸收
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拱形反手性四韧带蜂窝夹芯结构梯度设计与低速冲击响应
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作者 相双林 周霞 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第5期81-89,共9页
将反手性四韧带蜂窝应用于拱形夹芯板,基于密度梯度概念,设计了三种不同梯度的夹芯板,建立数值模型并将数值模拟结果与已有试验结果进行对比,验证了该模型的有效性。在此基础上,研究了冲击能对不同梯度拱形夹芯板峰值冲击力、抗冲击性... 将反手性四韧带蜂窝应用于拱形夹芯板,基于密度梯度概念,设计了三种不同梯度的夹芯板,建立数值模型并将数值模拟结果与已有试验结果进行对比,验证了该模型的有效性。在此基础上,研究了冲击能对不同梯度拱形夹芯板峰值冲击力、抗冲击性能、吸能和损伤的影响,同时进一步讨论了负梯度拱形夹芯板在重复冲击下的动态响应。结果表明:梯度因子由于改变芯层结构,对夹芯板的损伤破坏模式有重要影响。在低能冲击下,峰值冲击力随着梯度因子的增大而增大,同均匀夹芯板相比,梯度夹芯板具有较好的能量吸收,其吸收的能量比均匀夹芯板吸收的能量最高提升32.8%;在较高冲击能下,梯度因子对峰值冲击力和能量吸收没有显著影响。负梯度夹芯板在重复冲击下,前面板和芯层主导夹芯板的总吸能,其中芯层吸能平均占总吸能的66%,随着冲击次数的增加,夹芯板的变形破坏模式发生上面板局部变形到破坏、芯层变形致密化到整体坍塌以及夹芯板整体横向弯曲的转变。 展开更多
关键词 拱形夹芯板 梯度结构 能量吸收 重复冲击 数值仿真 复合材料
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耗能装置布置形式对连体结构减震性能的影响研究
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作者 武宗良 孙建良 +2 位作者 王廷彦 贾明晓 张贵阳 《华北水利水电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期120-128,共9页
为研究将耗能装置布置于高位连体结构内的减震效果以及耗能装置布置形式对高层连体结构减震性能的影响,依托郑州市高新区数码港工程一期的连体公寓楼项目,运用ETABS软件建立耗能装置在高位连体结构内采用不同布置形式时的有限元减震分... 为研究将耗能装置布置于高位连体结构内的减震效果以及耗能装置布置形式对高层连体结构减震性能的影响,依托郑州市高新区数码港工程一期的连体公寓楼项目,运用ETABS软件建立耗能装置在高位连体结构内采用不同布置形式时的有限元减震分析模型,基于多遇地震和罕遇地震作用下的动力时程分析法和能量法评价黏滞阻尼器在不同布置形式时对结构的减震效果。结果表明:相较于未布置耗能装置的原结构,布置黏滞阻尼器的减震结构在地震作用下的振动响应均明显减小,在高位连体结构内安装黏滞阻尼器能起到耗散地震能量、保护结构主体的作用;黏滞阻尼器采用正“V”形布置时,高层连体结构的楼层位移、层间位移角等指标的减小率最高,在多遇地震作用下黏滞阻尼器的耗能率达到23.2%,在罕遇地震作用下黏滞阻尼器的耗能率达到16.4%,减震效果最好。 展开更多
关键词 连体结构 消能减震 高位连接体 黏滞阻尼器 时程分析
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变形可控内凹蜂窝结构抗冲击性能研究
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作者 毛光辉 王成 +1 位作者 王万里 徐文龙 《兵工学报》 北大核心 2025年第3期114-128,共15页
内凹蜂窝结构因其独特的变形模式、出色的抗冲击和能量吸收特性以及轻质特点,在汽车工业、航空航天、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。基于传统内凹六边形蜂窝结构,引入圆角设计并通过改变圆角的排布方式,提出一种基于圆角增强的变... 内凹蜂窝结构因其独特的变形模式、出色的抗冲击和能量吸收特性以及轻质特点,在汽车工业、航空航天、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。基于传统内凹六边形蜂窝结构,引入圆角设计并通过改变圆角的排布方式,提出一种基于圆角增强的变形可控内凹蜂窝结构,采用金属3D打印技术制备变形模式为Z型和Y型的变形可控蜂窝结构。为探究其抗冲击性能,开展准静态压缩和落锤冲击实验以及有限元数值模拟,分析结构的变形模式和吸能特性。研究结果表明:新提出的新型蜂窝结构实现了变形模式的可控,通过定制的Z型和Y型变形模式,显著提高了结构的吸能性能,具有良好的压溃稳定性;在同种结构下,吸能性能随着圆角半径的增大逐渐提高;随着速度的增加,结构变形模式逐渐向I型压溃演变,结构的平台力大致呈现出递增的趋势,吸能效率逐渐降低;Z型结构因其圆角的非对称排布,在多数情况下其抗冲击性能优于Y型结构。研究结果可为动态冲击作用下新型结构的耐撞性设计提供参考。 展开更多
关键词 内凹蜂窝结构 圆角设计 3D打印 吸能特性 变形模式 动态冲击
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基于天牛须遗传杂交算法的张拉整体结构吸能优化研究
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作者 冯晓东 沈军 +2 位作者 郑亦汶 赵文雁 刘贺平 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1379-1387,共9页
为探究影响多自应力模态张拉整体结构吸能性能的因素,制定此类结构合理的吸能优化策略,本文采用天牛须遗传杂交算法分阶段对其开展优化研究。第1阶段中根据张拉整体结构的找形分析理论并匹配构件的单边属性,找寻可使结构成形的初始自应... 为探究影响多自应力模态张拉整体结构吸能性能的因素,制定此类结构合理的吸能优化策略,本文采用天牛须遗传杂交算法分阶段对其开展优化研究。第1阶段中根据张拉整体结构的找形分析理论并匹配构件的单边属性,找寻可使结构成形的初始自应力。第2阶段中以竖向荷载下结构可吸收的最大能量为目标函数,结合拉索松弛及塑性破坏、压杆屈曲和构件碰撞等约束条件,建立约束优化模型。结果表明:对于独立的空间18杆36索张拉整体结构与拼接的复杂张拉整体结构,当联合优化体系的预应力水平和分布时,吸能效果可分别提升约156.88%和50.75%,验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 张拉整体结构 找形分析 预应力分布 预应力优化 天牛须搜索算法 共旋坐标法 应变能 吸能性能
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一种具有增强力学可调性的3D打印拉胀结构的设计方法
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作者 张盟 徐嘉文 +1 位作者 陈彦秋 刘禹 《机械强度》 北大核心 2025年第7期101-107,共7页
拉胀材料因其在变形下的新颖行为以及许多其他的材料特性(如抗断裂性、抗剪切性和能量吸收)而受到关注。将超弹性材料与拉胀结构相结合,它们的高度可变形的能力使设计具有增强力学可调性的结构成为可能。为此,提出了一种具有增强力学可... 拉胀材料因其在变形下的新颖行为以及许多其他的材料特性(如抗断裂性、抗剪切性和能量吸收)而受到关注。将超弹性材料与拉胀结构相结合,它们的高度可变形的能力使设计具有增强力学可调性的结构成为可能。为此,提出了一种具有增强力学可调性的3D打印拉胀结构的设计方法。通过试验和数值分析,研究了所设计结构的面内压缩行为。结果表明,与传统的拉胀结构相比,具有拉胀结构的复合材料表现出了更高的刚度和增强的能量吸收性能。通过进一步调整正弦韧带的分布和振幅,生成了具有可调能量吸收、泊松比和变形模式的拉胀结构。展示了一种用于提高轻质结构的力学性能和能量吸收的设计方法。 展开更多
关键词 负泊松比 3D打印 拉胀结构 复合材料 能量吸收
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双凹角蜂窝结构设计及其吸能特性研究
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作者 冯敏 《机械设计》 北大核心 2025年第3期56-62,共7页
具有负泊松比效应的内凹蜂窝结构具有质量密度低、比强度高及吸能能力强等优点,在汽车防撞等领域有着重要作用。文中设计了一种双凹角拉胀蜂窝结构,并对其面内变形模式和能量吸收情况进行了有限元分析,来揭示该结构的耐撞性能。模型验... 具有负泊松比效应的内凹蜂窝结构具有质量密度低、比强度高及吸能能力强等优点,在汽车防撞等领域有着重要作用。文中设计了一种双凹角拉胀蜂窝结构,并对其面内变形模式和能量吸收情况进行了有限元分析,来揭示该结构的耐撞性能。模型验证表明:预测结果与参考结果相似,随着冲击速度的增加,平台应力和吸能能力增加,且在中低速压缩过程中保持良好的负泊松比效应。此外,系统地研究了结构的角度和胞壁厚度在3种压缩速度下对吸能能力的影响,结果表明:通过减小角度和增大胞壁厚度可以提高结构的耐撞性能。 展开更多
关键词 负泊松比 面内变形 蜂窝结构 吸能能力
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轨道列车超材料吸能结构设计及特性研究
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作者 何晓蕾 张雷 +3 位作者 张庆刚 于尧 尹剑飞 李佳霖 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第6期2729-2742,共14页
针对轨道列车碰撞安全防护中传统铝合金蜂窝结构存在的初始峰值应力高、吸能效率低及力学性能优化受限等问题,基于仿生学原理与力学超材料设计理念,提出一种新型层级蜂窝超材料复合吸能结构。该结构以AlSi10Mg铝合金层级蜂窝框架为基础... 针对轨道列车碰撞安全防护中传统铝合金蜂窝结构存在的初始峰值应力高、吸能效率低及力学性能优化受限等问题,基于仿生学原理与力学超材料设计理念,提出一种新型层级蜂窝超材料复合吸能结构。该结构以AlSi10Mg铝合金层级蜂窝框架为基础,内部填充碳纤维增强塑料环与软弹性高阻尼橡胶环,通过多材料协同作用与几何构型优化,在轻量化的前提下实现吸能量的明显提升以及冲击载荷的平稳化。采用显式动力学软件LS-DYNA建立精细化仿真模型,设置吸能结构轴向冲击刚性墙工况,系统对比传统铝蜂窝、层级蜂窝及填充碳纤维增强塑料环-橡胶环的层级蜂窝3种结构的耐冲击性能差异,并分析蜂窝壁厚与CFRP环厚度对层级蜂窝超材料复合吸能结构吸能特性的影响规律。结果表明,填充碳纤维增强塑料环-橡胶环的新型层级蜂窝超材料复合吸能结构较传统铝蜂窝和层级蜂窝,吸能量分别提升40%和16.7%,比吸能与耐冲击平稳性指标均远超后者,变形模式稳定可控,应力分布均匀,无明显应力集中区域。同时,通过响应面分析确定了外层层级蜂窝壁厚与内层碳纤维增强塑料环填充材料厚度的最优参数组合。有限元仿真结果表明,在该壁厚组合下,新型层级蜂窝超材料复合吸能结构的比吸能相较于原模型提升了119%。研究突破了采用单一材料的传统吸能结构性能瓶颈,为轨道列车轻量化及耐撞性设计提供了兼具高吸能效率与可控变形模式的新型解决方案,对提升轨道列车被动安全性、降低碰撞事故伤亡率具有实际工程意义。 展开更多
关键词 轨道列车 吸能结构 超材料 层级蜂窝 有限元仿真
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选区激光熔化316L不锈钢混合点阵结构压缩性能和各向异性研究
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作者 唐映林 许明三 +2 位作者 韦铁平 叶建华 林俊杰 《精密成形工程》 北大核心 2025年第4期203-216,共14页
目的在不损失原有点阵结构力学性能的前提下,提高多孔结构的吸能性能并降低各向异性,为多孔骨植入和能量吸收防护场合下多孔结构的应用提供参考。方法利用选区激光熔化设备制备点阵结构,通过压缩试验揭示孔隙率、点阵结构类型对力学性... 目的在不损失原有点阵结构力学性能的前提下,提高多孔结构的吸能性能并降低各向异性,为多孔骨植入和能量吸收防护场合下多孔结构的应用提供参考。方法利用选区激光熔化设备制备点阵结构,通过压缩试验揭示孔隙率、点阵结构类型对力学性能和能量吸收特性的影响规律。通过静态压缩仿真和数值均匀化仿真,揭示不同单胞类型的破环机理和孔隙率对不同点阵结构各向异性的影响规律。结果RD点阵结构产生弯曲变形,FCC-RD和SC-RD产生混合变形模式。在相同体积下,随孔隙率的增加,多孔点阵结构的弹性模量、屈服强度及能量吸收不断降低。点阵结构按弹性模量和屈服强度从大到小的顺序依次是SC-RD、RD、FCC-RD和SC-RD、FCC-RD、RD。点阵结构按能量吸收从高到低的顺序依次是SC-RD、FCC-RD、RD。与菱形十二面体点阵结构(RD)相比,SC-RD混合点阵结构的弹性模量增加了4.89%~37.88%,屈服强度增加了13.25%~33.74%,能量吸收增加了15.36%~37.74%,比吸能增加了22.25%~42.66%。随着孔隙率的增加,3种点阵结构各向异性均增加,按各向异性从大到小的顺序依次为RD、FCC-RD、SC-RD。结论与RD点阵结构相比,新提出的混合点阵结构在对力学性能影响较小的前提下,具有更为优异的吸能性能和各向同性性能。 展开更多
关键词 激光选区熔化 力学性能 能量吸收 混合点阵结构 各向异性
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凹截面薄壁管轴向冲击时的变形模式及能量吸收性能研究
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作者 唐智亮 高永强 许卫锴 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第2期165-174,共10页
研究了凹截面薄壁管受轴向冲击时的变形模式及能量吸收性能.研究结果展示了凹截面管相比传统凸多边形管在提高能量吸收性能方面的优势.根据数值模拟结果绘制出凹截面薄壁管轴向变形模式分类图,分析了变形模式随截面参数变化的规律.研究... 研究了凹截面薄壁管受轴向冲击时的变形模式及能量吸收性能.研究结果展示了凹截面管相比传统凸多边形管在提高能量吸收性能方面的优势.根据数值模拟结果绘制出凹截面薄壁管轴向变形模式分类图,分析了变形模式随截面参数变化的规律.研究了凹截面薄壁管在轴向冲击及倾斜冲击载荷作用下的变形模式及能量吸收性能.研究表明,合理设计的凹截面薄壁管较传统凸正多边形薄壁管的能量吸收性能有显著提高. 展开更多
关键词 凹截面 薄壁结构 轴向冲击 变形模式 能量吸收
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新能源场站复合共振低频吸声结构优化研究
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作者 海涵 高宇 +4 位作者 李坤 李羿江 杨景惠 耿明昕 贺悝 《智慧电力》 北大核心 2025年第7期69-75,共7页
为提升新能源场站低频噪声控制效果,提出一种轻质高效的低频吸声结构,中间共振板采用简支约束,可一定程度提升低频的吸声效果和吸声带宽。建立了阻抗管有限元仿真模型,分析了微穿孔板结构、空腔厚度、中间共振板等参数对吸声性能的影响... 为提升新能源场站低频噪声控制效果,提出一种轻质高效的低频吸声结构,中间共振板采用简支约束,可一定程度提升低频的吸声效果和吸声带宽。建立了阻抗管有限元仿真模型,分析了微穿孔板结构、空腔厚度、中间共振板等参数对吸声性能的影响。在兼顾经济性和降噪性能的前提下,给出了吸声结构的优化参数组合,并开展阻抗管仿真、实验分析。结果表明,该结构吸声系数在中低频率段有明显的提升,吸声带宽覆盖了200~1 000 Hz频段,满足新能源场站降噪所需的中低频段吸声需求,可为新能源场站降噪用吸声结构和隔声屏障设计提供参考。 展开更多
关键词 新能源场站 噪声控制 吸声结构 复合共振 轻质高效
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