具有3D负泊松比结构填充的新型吸能盒设计与耐撞性研究

摘要

针对现有吸能盒结构形式单一、缓冲吸能效果有限的问题，在现有研究的基础上，将3D负泊松比结构填充到薄壁圆管中设计一种填充圆管型吸能盒，探索汽车吸能盒结构的新构型设计，改善吸能盒的缓冲吸能性能。首先，建立了3D负泊松比结构填充方管和圆管型吸能盒的几何模型，利用落锤冲击实验对3D打印加工的吸能盒样件进行了低速冲击，并建立了结构的低速冲击有限元模型，研究结果表明，结构的落锤实验结果与低速冲击仿真结果吻合较好，证明了结构低速冲击有限元模型的准确性；随后，基于有限元模型，对比分析了填充型方管、填充型圆管和原始方管吸能盒的耐撞性能，研究发现，相较于原始方管吸能盒和填充方管型吸能盒，填充圆管型吸能盒具有更低的初始峰值力、更高的平均碰撞力，综合耐撞性能更优异；最后，结合响应面方法和NSGA-Ⅱ算法，对填充圆管型吸能盒的耐撞性进行多目标优化，优化结果表明，优化后吸能盒的比吸能提高了14.7%,初始峰值应力降低了18.5%,综合耐撞性能得到了明显改善。该研究为负泊松比结构在汽车吸能盒上的应用探索提供了新的思路。

关键词

负泊松比结构 / 吸能盒 / 耐撞性 / 优化设计