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题名仿生层级薄壁方管耐撞性数值分析及优化
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作者
徐飞
秦睿贤
陈秉智
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机构
大连交通大学机车车辆工程学院
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出处
《机械强度》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期618-625,共8页
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基金
中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(N2020J207)
辽宁省高等学校创新团队支持计划(LT2016010)资助。
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文摘
为提高传统薄壁方管的吸能效率,受甲虫翅鞘微观小梁结构启发,提出了一种仿生层级薄壁方管(Bionic Hierarchical thin-walled Square Tube,BHST)。基于超折叠单元理论,建立了BHST平均压溃力理论模型。通过非线性有限元法分析BHST与传统多胞薄壁方管轴向吸能特性,研究了结构参数对BHST4-2结构耐撞性的影响。结果表明,理论预测与数值模拟结果吻合,相对误差均在7%以内。BHST具有优异的耐撞性。与二阶方管边长相比,壁厚对BHST4-2结构的耐撞性影响更显著。采用径向基函数(Radial Basis Function,RBF)模型和遗传算法对BHST4-2结构进行了多目标优化,得到了结构最优参数。研究结果为设计具有优异吸能特性的薄壁方管提供了新思路。
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关键词
仿生层级薄壁方管
超折叠单元理论
参数分析
耐撞性
多目标优化
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Keywords
Bionic hierarchical thin⁃walled square tube
super folding element theory
Parameter analysis
Crashworthiness
Multi⁃objective optimization
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分类号
U270
[机械工程—车辆工程]
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题名形内自相似层级类蜂窝面外冲击特性研究
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作者
李响
蔡明杰
徐兴兴
周绍国
焦元辰
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机构
水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室(三峡大学)
三峡大学机械与动力学院
三峡大学国际文化交流学院
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出处
《河北科技大学学报》
CAS
北大核心
2022年第5期481-494,共14页
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基金
国家自然科学基金(51975325,51305232)
水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室(三峡大学)开放基金项目(2021KJX08)
+1 种基金
石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心(三峡大学)开放基金项目(HRCGAM202108)
机器人与智能系统宜昌市重点实验室(三峡大学)开放基金项目(JXYC00015)。
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文摘
为提高传统六边形蜂窝结构的抗冲击特性,基于仿生学原理,考虑层级因子的影响,在六边形蜂窝基础上提出了一种形内自相似层级类蜂窝结构。以比吸能(SEA)、初始峰值力(PCF)、载荷效率(CFE)为冲击特性评价指标,根据简化的超折叠单元理论建立一种理论模型,对类蜂窝结构的冲击特性指标进行预测,在此理论模型基础上,研究了胞元壁厚t、胞壁长度l以及胞元数目n对类蜂窝结构面外冲击平均压缩反力和比吸能的影响。结果表明,在等相对密度条件下,比吸能及载荷效率随着层级的升高而提升,其中,在10 m/s冲击速度作用下,一级蜂窝和二级蜂窝的载荷效率相比于零级蜂窝分别提升21%和40%,比吸能分别提升11%和28%;在等壁厚条件下,随着层级的提升,初始峰值力明显提高,但是比吸能及载荷效率的提升更为显著,在10 m/s冲击速度作用下,一级蜂窝和二级蜂窝的载荷效率相比于零级蜂窝分别提升77%和115%,比吸能分别提升72%和116%。所提理论模型能有效预测类蜂窝结构能量吸收性能参数,可为蜂窝结构冲击动力学研究提供理论参考。
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关键词
结构设计
层级结构
生物材料
类蜂窝
耐撞性
超折叠单元
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Keywords
structure design
hierarchical structure
biomaterials
quasi-honeycomb
crashworthiness
super folding element theory
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分类号
TB333
[一般工业技术—材料科学与工程]
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