形内自相似六边形蜂窝轴向吸能结构拓扑优化

摘要

通过建立多约束拓扑优化模型,对三维形内自相似六边形蜂窝结构进行拓扑优化,得到了兼具轴向吸能和承载特性的胞壁开孔类蜂窝结构。在拓扑优化的基础上,对蜂窝结构孔洞进行近似设计,得到分布均匀的圆形和方形孔洞蜂窝结构。研究结果表明,未经优化的形内自相似六边形结构压缩变形量小,平台应力和吸收能量较大,易出现应力峰值;优化后的蜂窝结构,峰值应力较低,分形维数有一定程度变化,压缩变形量明显,平台应力较小。蜂窝胞壁开孔设计虽然降低了蜂窝材料的比吸能,但实现了蜂窝结构的轻量化,降低了峰值应力,刚度和强度也得到了较好的满足,在低速冲击下兼具有轴向吸能和承载性,为蜂窝结构轻量化和新构型提供了理论指导。