导读
本期为大家介绍课题组博士研究生姚显花等同学近期在结构领域顶刊Thin-Walled Structures发表上题为Manipulating localized geometric characteristics in multistable energy-absorbing architected materials的工作。可搜索以下链接或点击文末阅读原文进行查看：
https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.112535
本文研究了一种通过调节双稳态单元（如曲梁）的横截面厚度，在相同材料用量的条件下增强多稳态结构材料能量吸收能力的策略。该调控方法由Qiu等人提出，用于创建类铰链的双稳态单元。曲梁平面内厚度的不均匀性由参数β控制。当β > 1时，β为不均匀厚度梁最大厚度与最小厚度之比，此时曲梁跨中较厚，两端较薄，呈现“薄-厚-薄-厚-薄”的模态，具有增强的双稳态特性。
相反，当0 < β < 1时，β为不均匀厚度梁最小厚度与最大厚度之比，此时曲梁两端较厚，呈现“厚-薄-厚-薄-厚”的模态，且随着β的减小，厚度不均匀性增大。研究发现，双稳态曲梁的能量捕获能力（表征为Etrap= Ein–Eout）在一定程度上对于厚度不均匀的弯曲梁（0 < β < 1）具有最佳值。
图1-非均匀平面曲梁单元及构成的MEAM几何结构设计方法
最后，我们通过跌落试验进一步评估了具有非均匀厚度空间梁的 MEAM 圆柱体的冲击保护性能。试验结果表明，与均匀厚度圆柱体相比，具有非均匀厚度调控的六层 MEAM 圆柱体的加速度缓解机制提高约 50％。此外，通过对比不同冲击高度下的加速度时程关系曲线发现，非均匀厚度调控设计策略可以将峰值加速度缓解在较低的水平，表明该策略能有效提升结构的缓冲吸能性能。
图3-具有非均匀厚度空间梁的多层 MEAM 圆柱体的缓冲吸能性能
总结
本文结合数值模拟、理论分析和实验研究，证明了一种易于实施的几何优化设计策略，该策略适用于由曲梁组成的代表性多稳态吸能结构材料 (MEAM)。通过简单地修改局部几何特征，具有非均匀厚度调控的MEAM单元、阵列和圆柱体可以在准静态和冲击载荷下表现出更高的能量耗散能力。同时，与其他高度依赖增材制造的优化方法生成的复杂几何形状相比，该策略可以通过常规技术轻松制造。该研究结果拓宽了可重复使用、可回收和可编程能量吸收应用的设计策略，可应用于人员保护、碰撞缓解、包装等各个领域。
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来源于多样化结构实验室VSL
排版 | 王骊轸
审核 | 胡 楠
