内旋层级类蜂窝结构的面外力学性能

结合几何学的胞元设计思路，提出了一种新型多胞结构—内旋层级类蜂窝（intorsion hierarchical honeycomb-like,IHH）结构，通过数值模拟方法对其面外力学性能和变形特征进行深入研究，并与普通蜂窝结构、填充圆管的蜂窝结构进行了比较。研究发现，采用内旋层级设计的多胞结构，其胞元内部产生了独特的约束效果，在多层级设计条件下，可以进一步加强这种约束效果，从而提高结构的力学性能。此外，通过开展参数化研究，以揭示相对密度变化对结构性能的影响；基于简化超级折叠单元理论，建立了内旋层级类蜂窝结构的理论模型。结果表明，内旋层级类蜂窝结构在渐进式折叠变形模式下表现出最佳的吸能效率，理论模型能够有效地预测内旋层级类蜂窝结构的平台应力。研究结果可为多胞结构性能优化设计提供指导。     

星形混合多胞管的耐撞性数值与理论研究

为研发轻质高效的能量吸收装置，提出了基于多边形截面与星形截面混合设计的星形混合多胞管。采用数值模拟方法研究了星形混合多胞管在轴向加载条件下的吸能特性和变形模式，并结合简化超折单元理论推导了该管的平均碰撞力理论公式。研究结果表明，星形混合多胞管的多边形截面与星形截面之间产生了协同效应，额外吸收了更多的冲击动能：当多边形边数N=6时，混合截面的协同性最好；当N=8时，该管的能量吸收效率最高。在此基础上，进一步开展了几何参数分析，发现壁厚对于星形混合多胞管的耐撞性有显著的影响，碰撞力水平随着壁厚的增加而线性增长。此外，星形角度的变化对耐撞性的影响相对较小，碰撞荷载效率和比吸能随着星形角度的增加表现出先增大后减小；当星形角度α=120°时，该管拥有最佳的耐撞性。     

星形混合多胞管在多种冲击角度下的耐撞性评估

基于混合截面的设计思路，针对星形混合多胞管（star-shaped hybrid multi-cell tube,SHMT）提出了10种截面设计方案。通过数值模拟的方式，深入分析了SHMT在多种冲击角度下的耐撞性。研究发现，混合截面的连接方式以及多边形边数均对星形混合多胞管的吸能性能产生重要影响。在轴向冲击下，采用顶点连接的SHMT(SHMT-V）对于多边形边数的变化较为敏感，八边形SHMT-V(SHMT-V8）的比吸能高达24.31 J/g，相比于四边形SHMT-V(SHMT-V4）提高了71.86%；采用中点连接的SHMT(SHMT-M）拥有更强的力学响应，其碰撞力性能比SHMT-V高30%以上。在斜向冲击下，SHMT的承载能力随着冲击角度的增加而减小，截面不同的SHMT的耐撞性能表现出较大的不确定性。采用优劣解距离法对SHMT的综合耐撞性进行了评估。结果表明，八边形SHMT-M(SHMT-M8）是最优的截面设计方案。研究成果可为薄壁结构的实际应用与耐撞性优化设计提供指导。