双向梯度八角形层级蜂窝结构的能量吸收与耐撞性性能研究

这篇研究通过实验与数值模拟系统评估了双向梯度八角形层级蜂窝结构(TWGOHH)的耐撞性，创新性地将三角形稳定性原理与梯度设计(EA/SEA/CFE指标提升15%)、层级策略(性能提升35%+)相结合，显著降低了冲击下的泊松比，为航空航天、新能源汽车等领域的轻量化抗冲击结构设计提供了数字化兼容的新范式。

　　

亮点

本研究基于三角形结构的卓越稳定性，将多个三角形组合成层级构型并嵌入八角形蜂窝，形成创新性双向梯度八角形层级蜂窝(TWGOHH)。通过梯度策略(角度系数、长度系数双参数调控)和层级策略的协同应用，使结构在能量吸收(EA)、比吸能(SEA)和压溃力效率(CFE)等指标上实现突破性提升。

结构设计

在先驱研究中，八角形自相似层级蜂窝(OSHH)已展现出优于传统结构的耐撞性。本研究进一步引入双向梯度设计：在X/Y方向分别采用对称梯度拓扑，通过参数化建模实现角度(θ)和边长(L)的连续梯度变化，形成具有数字化制造适配性的分层拓扑架构。

动态泊松比分析

冲击载荷下结构的横向变形通过动态泊松比(ν_d)量化：

ν_d = -ε_x/ε_y = -(ΔL?/L)/(Δy/H)

层级策略使ν_d降低42%，显著抑制了结构侧向膨胀，这是实现高性能能量吸收的关键机制。

工业数字生态系统集成路径

TWGOHH的标准化参数框架(如梯度变化率、层级拓扑参数)天然适配CAE/PLM系统。通过开发Abaqus与数字孪生平台的数据接口，可将动态压溃曲线等特征参数直接导入智能制造系统(IIoT)，实现从仿真优化到增材制造(MBD)的全流程数字化。

结论

双向梯度与层级策略的协同作用使TWGOHH的SEA提升达47.6%，CFE接近理想值1。这种兼具抗冲击性能和数字孪生兼容性的设计范式，为新一代智能防护结构开发开辟了新途径。