偕老同穴海绵启发的仿生结构吸能特性研究

为得到质量更轻，吸能效果更好的结构，本文以自然界中偕老同穴海绵复杂硅质骨针结构为仿生原型，提出一种偕老同穴海绵仿生吸能结构。通过有限元仿真对偕老同穴仿生结构和四种对比结构进行准静态压缩仿真，并在此基础上分析了不同构型参数对海绵仿生结构吸能性能的影响。结果表明，偕老同穴海绵仿生结构在压缩过程中呈现的二次受力平台效应，使得其吸能效果优于传统结构，同时当斜肋板位置系数R_kl为0.3时仿生结构的吸能效果最佳。随着斜肋板厚度的增大，结构的比吸能线性增加。从压溃力效率来看，当斜肋板厚度是纵横筋板厚度的1.6倍时，结构的压溃力峰值基本等于平均压溃力，结构压溃力效率达到最优，结构的整体吸能性能效果达到最优。本文所提出偕老同穴海绵仿生结构为高刚轻质吸能结构设计提供参考，在吸能防护领域具有一定的应用前景。