【摘 要】
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经济和科技的发展导致交通工具碰撞事故频发,严重威胁人们生命财产安全,运用防护结构可以有效降低财产损失和人员损伤。薄壁结构因轻质、吸能高效等优势在结构防护领域被普遍采用。因此,本文基于雪花构型,提出一种新的仿雪花生长过程的薄壁结构设计方法,重点研究了新型仿雪花薄壁结构（SBT结构）的抗冲击性能,主要内容如下:（1）SBT结构的轴向抗冲击性能研究。采用试验、数值仿真和理论推测的方法研究了SBT结构的抗
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经济和科技的发展导致交通工具碰撞事故频发,严重威胁人们生命财产安全,运用防护结构可以有效降低财产损失和人员损伤。薄壁结构因轻质、吸能高效等优势在结构防护领域被普遍采用。因此,本文基于雪花构型,提出一种新的仿雪花生长过程的薄壁结构设计方法,重点研究了新型仿雪花薄壁结构（SBT结构）的抗冲击性能,主要内容如下:（1）SBT结构的轴向抗冲击性能研究。采用试验、数值仿真和理论推测的方法研究了SBT结构的抗轴向冲击性能,发现SBT结构在轴向冲击下能形成稳定渐进折叠变形,且二阶SBT结构能产生数量多且波长短的褶皱,抗冲击性能明显优于普通薄壁结构,表明仿雪花生长过程的结构设计方法对提高薄壁结构的抗轴向冲击性能有巨大潜力。分支位置和分支角度对二阶SBT结构的抗轴向冲击性能有重要影响,当分支角度为60°时,二阶结构的承载能力随分支位置的增加而增强;当分支位置为2/3时,随着分支角度的增加,其承载能力先增后减。此外,利用超折叠单元理论建立SBT结构在轴向冲击下的平均载荷理论模型,该模型能有效预测结构的承载能力。（2）SBT结构的四点弯曲性能研究。采用试验、数值仿真的方法探索了SBT结构在不同工况下的抗四点弯曲载荷冲击性能。研究发现层级数量能显著影响SBT结构的抗弯性,二阶SBT结构的抗弯性能优于低层级SBT结构。分支位置和分支角度亦对结构的抗弯性能有重要影响。SBT2nd-1/3-60°结构（分支位置为1/3,分支角度为60°的二阶仿雪花薄壁结构）表现出高于其他结构的吸能性和峰值力。并且二阶SBT结构在大的压头间距下会表现出更好的吸能性。（3）采用灰色关联度法对25种二阶SBT结构在多工况下的四点弯曲性能进行优化排序,当评价指标比吸能、峰值力和载荷效率占相同权重时,SBT2nd-1/4-120°结构的综合抗弯性最优;当三者评价权重占比为6:2:2,综合抗弯性最优的结构则为SBT2nd-1/3-60°结构,表明评价指标所占权重会直接影响结构的四点弯曲性能优化结果,在实际工程中可根据需要灵活选择。
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