具有高效吸能特性的新型仿蜂窝多级薄壁结构

摘要

针对现有薄壁结构存在比吸能不高、压缩力效率较低的问题，以蜂窝为原型，模拟蜂窝多级嵌套结构，进行仿生结构优化设计。为了更好地探究形状参数对吸能能力的影响，进一步以相对旋转角度及加强柱直径为设计变量，设计了共20种仿蜂窝多级薄壁结构。运用3D打印技术，制备了尼龙材质的仿蜂窝多级薄壁结构样件，并进行准静态压缩试验。最后，对比分析了数值模拟结果与试验结果，得出以下结论：本文吸能能力最强的模型为YMT20-3.6，比吸能达到了10.87 J·g-1，较初始模型YMT0-0提高了约86%；旋转角度越大，加强柱直径越大，模型截面面积分布越均匀，模型变形模式也趋于对称，其能量吸收能力也更强；较大的旋转角度拥有更优异的吸能能力，但是其压缩力效率较小。增大模型加强柱直径能够减少旋转角度对压缩力效率的影响，提高模型的压缩力效率，从而得到吸能能力强、压缩力效率高的薄壁结构。

关键词

仿生设计 / 多级结构 / 增材制造 / 高效吸能