基于屈曲微晶格材料的減振器輕量化設(shè)計

專題

基于屈曲微晶格材料的減振器輕量化設(shè)計

屈曲一直被認為會影響機械的穩(wěn)定性。然而，在工程中利用仿真軟件仿真發(fā)現(xiàn)，屈曲可使機械達到雙穩(wěn)態(tài)、多穩(wěn)態(tài)。屈曲發(fā)生在底層材料發(fā)生線性變形情況下：①首先，在平衡狀態(tài)，所有單元分力矢量和必須等于外力；②各單元分位移之和等于總位移；③屈曲單元之間存在差異，使得單個元素的屈曲材料和結(jié)構(gòu)吸收機械沖擊能量非常普遍。對屈曲微晶格材料的研究發(fā)現(xiàn)，其良好的性能可應(yīng)用于汽車減振器輕量化設(shè)計。

研究中，通過對給定形狀屈曲單元壓縮軸進行加載，繪制出應(yīng)力-應(yīng)變曲線，對激光光刻技術(shù)制造的三維聚合物微結(jié)構(gòu)進行試驗分析。以前的研究工作表明，一維聚合物結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的體積填充分數(shù)約為50%，并且晶格常數(shù)為厘米級。對三維聚合物微結(jié)構(gòu)進行研究表明，材料體積填充率較低，質(zhì)量密度較低。由于試驗所用材料晶格常數(shù)數(shù)量級較小，特征振動頻率更高，因此能量吸收效果較好。此外，研究證明了屈曲單元材料可以邊吸收能量邊恢復(fù)形狀，相比傳統(tǒng)吸能材料有較大優(yōu)勢。

試驗還發(fā)現(xiàn)，如果激發(fā)屈曲模式，則沖擊能量最終轉(zhuǎn)化為熱能，能量傳遞的速度取決于屈曲元件的振蕩頻率與晶格周期，并且成反比，屈曲元件可快速消耗能量。所提出的基于屈曲的三維聚合物可以吸收機械能并可以自動恢復(fù)原結(jié)構(gòu)。

該屈曲微晶格材料可應(yīng)用于汽車減振器設(shè)計中，并能有效減小結(jié)構(gòu)體積并降低成本。

刊名：Advanced Materials（英）

刊期：2016年第28期

作者：J.H.Park et al

編譯：徐嘉浩