基于虾螯结构的仿生夹层板设计及数值模拟

摘要

探索了基于虾螯轮廓外形设计的仿生夹层板（BSP）的耐撞性。按照拉伸试验获得的材料本构参数设置了Hyperworks有限元模型，制造了BSP样件，并试验验证了有限元模型有效性。比较了BSP-L0、BSP-L180、BSP-T0、BSP-T180四种配置方案的耐撞性指标，选择BSP-T0方案进一步研究。分析了圆弧高度比γ和梯形晶元窄底宽度B对BSP-T0耐撞性的影响规律，得到γ比B对BSP-T0耐撞性的影响更大。利用遗传学算法进行参数优化，Pareto前沿的一个最优解为比吸能SEA=3.080 kJ/kg、峰值载荷PF=30.700 kN、平均压溃效率CFE=86.884%，相应参数γ=0.355,B=4.23 mm，预测与仿真结果误差均在2%以内，预测效果理想，本文研究成果可为夹层结构设计提供新思路。

关键词

工程仿生学 / 夹层结构 / 耐撞性 / 多目标优化 / 遗传学算法

基金资助

国家重点研发计划项目（2018YFE0204302）; 国家自然科学基金项目（51305223）; 国家现代农业产业技术体系建设专项项目（CARS-27）; 运输车辆检测、诊断与维修技术交通行业重点实验室开放课题项目（JTZL2102）