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申请/专利权人：湖南大学

摘要：本发明涉及一种多维多刚度轻质吸能结构设计方法，其中，步骤1、对原始空腔结构8进行区域化切割，通过仿真计算，将最为薄弱的区域确定为第二隔断2，第二隔断2上部确定为第一空腔1，第二隔断2下部确定为第二空腔3；步骤2、选取第一空腔1、第二隔断2和第二空腔3的材料；步骤3、将第二隔断2设置为实心结构；步骤4、根据第一空腔1的尺寸，计算第一增强体4的3D平铺结构的排列方式；步骤5、根据第二空腔3的尺寸，计算第二增强体9的3D平铺结构的排列方式。本发明结构简单，设计方法移植性强，设计参数少，可快速适配于各型空腔结构，用于调控承载结构的变形模式和能量吸收特性。

主权项：1.一种多维多刚度轻质吸能结构的设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、对原始空腔结构8进行区域化切割，通过仿真计算，确定空腔结构8抗弯能力最为薄弱的区域位置，将最为薄弱的区域确定为第二隔断2，第二隔断2上部确定为第一空腔1，第二隔断2下部确定为第二空腔3；步骤2、选取第一空腔1、第二隔断2和第二空腔3的材料，其中，第一空腔1和第二空腔3的材料属性一致，第二隔断2材料的弹性模量比第一空腔1或第二空腔3的弹性模量大；步骤3、将第二隔断2设置为实心结构；步骤4、在第一空腔1内部放置第一增强体4，根据第一空腔1的尺寸，计算第一增强体4的3D平铺结构的排列方式；步骤4.1、提取第一空腔1的长b1和宽b2，计算点阵单晶10的杆长Lq： 式中，w0为材料参数取值，取值范围为0＜w0≤1；步骤4.2、确定不同杆厚d1下的点阵单晶10组成排列方式为：的2D平铺结构；步骤4.3、计算由点阵单晶10组成的2D平铺结构的横向和纵向点阵单晶10数目，其中，横向点阵单晶10的数目为[b1Lq]，纵向数目点阵单晶10为对高为L1的第一空腔1填满排列方式为的2D平铺结构，组成第一增强体4；对于不同杆厚d1下组成的点阵单晶10，基于CAE仿真技术进行三点弯仿真模拟，拟合第一空腔1和第一增强体4组合的刚度G表达式：G＝fd1；步骤4.4、将横向点阵单晶10数目为[b1Lq]和纵向点阵单晶10数目为的2D平铺结构作为3D结构高度方向上的最底层，即第层，第层以上的2D平铺结构排列方式为： 式中，p1为每种2D平铺结构的重复层数，为正整数；m为第m层2D平铺结构，步骤4.5、基于CAE仿真技术建立轴向压缩仿真模型，模拟不同p1值下的轴向压缩比吸能SEA；拟合比吸能SEA与重复层数变量p1之间的表达式：SEA＝fp1；步骤4.6、进行刚度和比吸能最大化的多目标优化设计，设计目标为：maxw1G+w2SEA设计约束为： 式中，w1、w2为刚度和比吸能占比权重；Mp1,d1为相应的2D平铺结构重复层数p1和杆厚d1下第一增强体质量；Mlow为第一增强体4质量下限值；Mupper为第一增强体4质量上限值；步骤4.7、对于多目标优化设计的最优解集，按照目标刚度和比吸能要求，对解集{p1,d1}中相对应的刚度G和比吸能SEA进行筛选，再对符合目标刚度和比吸能要求的新解集{p1,d1}进行最小质量minMp1,d1筛选，从而获取最终的第一增强体4结构参数和整体排布方式；步骤5：在第二空腔3内部放置第二增强体9，根据第二空腔3的尺寸，计算第二增强体9的3D平铺结构的排列方式；步骤5.1、提取第二空腔3的长b3和宽b4，计算点阵单晶10的杆长Lq： 式中，w0为材料参数取值，取值范围为0＜w0≤1；点阵单晶10所用的材料弹性模量越小，w0取值越小；步骤5.2、确定不同杆厚d2下的点阵单晶10组成排列方式为：的2D平铺结构；[b3Lq]表示2D结构的横向点阵单晶10数目，表示2D结构的纵向点阵单晶10数目；基于CAE仿真技术进行三点弯仿真模拟，拟合第二空腔3和第二增强体9组合的刚度G表达式：G＝fd2；步骤5.3、将排列方式为的2D平铺结构作为3D平铺结构的最底层，即第层，第层以上的2D平铺结构排列方式为： 式中，p2为每种2D平铺结构的重复层数，为正整数；m为第m层2D平铺结构，步骤5.4、基于CAE仿真技术建立轴向压缩仿真模型，模拟不同p2值下的轴向压缩比吸能SEA；步骤5.5、进行刚度和比吸能最大化的多目标优化设计，设计目标为：maxw1G+w2SEA设计约束为： 式中，w1、w2为刚度和比吸能占比权重，其取值与长宽比b3b4有关，长宽比b3b4越靠近0.5，w1和w2越趋于相等；Mp2,d2为相应的2D平铺结构重复层数p2和杆厚d2下第二增强体9质量；Mlow为第二增强体9质量下限值；Mupper为第二增强体9质量上限值；步骤5.6、对于多目标优化设计的最优解解集，按照目标刚度和比吸能要求，对解集{p2,d2}中相对应的刚度G和比吸能SEA进行筛选，再对符合目标刚度和比吸能要求的新解集{p2,d2}进行最小质量minMp2,d2筛选，从而获取最终的第二增强体9结构参数和整体排布方式。

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