摘要
随着工业化的不断发展，各领域对具有高吸能性能的轻质结构的需求也不断增加。因此制造出具有优异吸能性能的轻质结构对航天航空、交通运输、土木工程等领域发展起到保驾护航的作用。自然界生物经过优胜劣汰对自身结构进行多次优化，研究人员受到大自然的启发，通过模仿自然生物的外部轮廓和内部结构设计出吸能性能优于传统结构的新颖结构。因此本文延续仿生结构的研究热点，利用仿生方法设计出具有优良吸能性能的新型轻量化结构。 本文通过对藤壶生物的观察，设计了多种生物启发的薄壁结构，并研究了这些结构在准静态条件下的力学性能。从实验、数值和理论三个方面研究了波纹锥形管（简称BLCTT）的波纹数目和波纹幅值对3D打印仿生锥形管结构变形和吸能性能的影响。结果表明，波纹振幅和波纹数对能量吸收参数有显著影响，适当控制波纹数和波纹幅值可显著提高比能量吸收。波纹锥形管的比吸能（SEA）最高可比传统锥形管提高15.75％。此外，还研究了斜载荷作用下波纹锥管的耐撞性。结果表明，在不同加载角度荷载作用下波纹锥形管的吸能性能均由于传统结构且当加载角为20°时，波纹锥形管有最优的表现其SEA比圆柱管高出41.56％。此外，研究了多胞元结构（简称BMTT）的吸能性能，其吸能性能明显优于常规结构。其中，16单元的多胞元锥形管的SEA约为常规管的1.97倍，该类结构更适用于工程领域中。最后本文还对两种阶层结构的能量吸收特性进行研究，分别研究了子结构数目和壁厚比值两个参数对结构吸能性能的影响，结果发现：阶层结构（简称HTT）随着子结构数目的增加，能量吸收效果也有所提升。对子结构数目为4的波纹阶层结构（HCTT）内外壁厚比值研究表明，吸能、比吸能、平均破碎力和破碎力效率随着内外壁厚比λ的增加而减小，峰值力随着λ的增加而增加。当λ=0.4时，仿生HCTT结构具有最高的比吸能（40.87kJ/kg）和破碎力效率（85.45％），是经济实用的仿生吸能结构设计。
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