|
随着超材料在工程领域的广泛应用，对超材料非凡性能的需求不再满足单一的功能。超材料结构的多功能集成设计是应用于复杂工况工程装备的新研究方向和技术路径的基础。目前，在航空航天、交通等工程领域，对具有高机械性能和强吸能特性的轻量化机械超材料存在很高的需求。因此，在工作中提出了一种具有抗冲击和减振特性的多功能超材料结构的集成设计方法。通过对曲梁结构的刚度分析，得到结构参数对刚度的影响规律，从而设计出易发生旋转屈曲的结构形式，实现冲击能量的限制。此外，通过调整单元结构的应变，将特征频率降低到零，从而获得过阻尼效果，大大改善结构的冲击能量衰减特性。将多层设计思想融入结构设计中，采用超弹性材料与金属相结合，实现高刚度、高阻尼特性的一体化设计，保证了轻量化的设计准则。基于仿生超材料的设计理念，通过分形设计构建了具有局部谐振带隙的多尺度晶格结构。通过引入改进的IHB方法，从理论上分析了晶格结构的带隙特性，并通过参数设计实现了带宽大的振动控制技术，其中带宽范围高达5kHz。通过多级吸能结构的设计策略，进一步改善了结构的耗能特性，打破了结构厚度的限制，在冲击位移和冲击加速度衰减率大于97%的低厚度（单层阵列结构）条件下取得了优异的吸能效果。解决了超材料结构中动态力学性能难以与静态力学性能融合的关键问题。通过实验验证了该结构的振动控制特性和抗冲击特性，证实了研究工作的真实性和准确性。该工作实现了抗冲击特性和减振特性的完美相容，并通过单层阵列结构实现了出色的能量吸收效果。为超材料结构多功能集成设计方法的发展提供了理论和技术基础，为超材料结构在工程问题中的应用提供了技术支持。
|
