一类基于表面纳米化技术的新型填充式薄壁吸能结构设计

作     者：周若璞 王伟 徐明朗 仝真真 张俊杰 周震寰 Zhou Ruopu;Wang Wei;Xu Minglang;Tong Zhenzhen;Zhang Junjie;Zhou Zhenhuan

作者机构：大连理工大学工业结构装备分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连交通大学辽宁大连116028 

出 版 物：《航空科学技术》 (Aeronautical Science & Technology)

年 卷 期：2022年第33卷第5期

页      面：82-88页

学科分类：08[工学] 080101[工学-一般力学与力学基础] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(12002071) 航空科学基金(2018ZC63003) 

主　　题：局部表面纳米化 泡沫铝 薄壁方管 准静态压缩 吸能 有限单元法 

摘      要：基于局部表面纳米化技术,本文提出一种适用于重型装备空投的新型缓冲吸能结构设计。与传统吸能结构设计方式不同,本文利用纳米化技术对金属薄壁结构进行局部改性,从而诱导其产生吸能效果最佳的变形模式,该设计方法具有无须改变结构形状、无附加质量等显著优点。首先,介绍了泡沫铝填充式薄壁金属方管的设计流程,并制作了相关试件。其次,基于有限元仿真和试验测试对局部表面纳米化布局进行了优化设计。研究发现,在结构几何尺寸一定的情况下,环向反对称布局方案为最佳设计,此时吸能结构呈现出稳定的渐进层叠的变形模式,形成的褶皱较其他方案更多。最后,进一步研究了表面纳米化对提升该类吸能结构吸能性能的作用机理,并分析了所设计的缓冲平台的吸能效果。结果表明,局部表面纳米化布局不仅提高了薄壁结构自身的吸能性能,同时增强了薄壁结构与泡沫铝之间的相互作用,从而大幅提高整体结构的吸能性能,并且该设计在多柱排列使用时,吸能效果得到进一步加强。