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基于虾螯结构的仿生薄壁管吸能特性分析及优化

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基于虾螯结构的仿生薄壁管吸能特性分析及优化
Energy Absorption Analysis and Optimization of a Bionic Thin-Walled Tube Based on Shrimp Chela
投稿时间：2018-08-31
DOI：10.15918/j.tbit1001-0645.2018.342
中文关键词:薄壁管结构仿生响应面优化轻量化吸能特性
English Keywords:thin-walled tubestructural bionicsresponse surface optimizationlightweightenergy absorption
基金项目:中国博士后科学基金面上资助项目（2018M641338）
作者单位E-mail
黄晗南京航空航天大学 航空学院, 江苏, 南京 210016
清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室, 北京 100084
许述财清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室, 北京 100084xushc@tsinghua.edu.cn
杜雯菁清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室, 北京 100084
邹猛吉林大学 工程仿生教育部重点实验室, 吉林, 长春 130022
宋家锋吉林大学 工程仿生教育部重点实验室, 吉林, 长春 130022
张金换清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室, 北京 100084
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中文摘要:
为提高薄壁管结构的耐撞性和吸能性，基于雀尾螳螂虾螯结构，结合结构仿生学原理设计出具有仿生晶胞单元薄壁管，利用有限元法模拟了仿生薄壁管碰撞吸能特性，采用响应面法进行薄壁管结构优化.结果表明，仿生薄壁管的比吸能较普通薄壁管的分别提高了11.1%（轴向）和24.6%（径向），优化得到仿生薄壁管轴向和径向吸能特性最优的结构尺寸，比吸能分别为27.0 kJ/kg （轴向）和10.8 kJ/kg （径向），该薄壁管仿生设计和响应面优化方法为吸能元件的轻量化设计提供了新思路.
English Summary:
A thin-walled tube with bionic cell was developed based on shrimp chela structure of odontodactylus scyllarus to improve the crashworthiness and energy absorption of thin-walled tube. The finite element method was adopted to simulate the axial and radial energy absorption of the bionic thin-wall tube. A response surface method was used to obtain optimal structure of the bionic thin-wall tube. Simulation results show that, the specific energy absorption(SEA) of bionic thin-walled tube can be improved by 11.1% (axial) and 24.6% (lateral), respectively, compared with the normal thin-walled tube. The optimization structure dimensions can be obtained. The optimal value of SEA is 27.0 kJ/kg (axial) and 10.8 kJ/kg (lateral), respectively. This research provides new methods for lightweight designing of thin-walled structures.
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