板狀立方點(diǎn)陣超結(jié)構(gòu)填充汽車吸能盒的抗沖擊吸能特性

張 鵬，齊德興，夏 勇，李 營(yíng)，吳文旺

（1. 北京理工大學(xué) 先進(jìn)結(jié)構(gòu)技術(shù)研究院，北京100081，中國(guó)；2. 汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)，北京100084，中國(guó)；3. 上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院 工程力學(xué)系，上海200240，中國(guó)）

能源和環(huán)境問(wèn)題給汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)的壓力與日俱增[1]，汽車輕量化設(shè)計(jì)可降低燃油車油耗，提高新能源車輛續(xù)航里程，有效緩解這一壓力[2]。作為可高速移動(dòng)的載人用具，車輛發(fā)生交通事故時(shí)的撞擊對(duì)人員和車身?yè)p害巨大，有效降低撞擊損傷、提升車輛被動(dòng)防護(hù)性能對(duì)輕量化抗沖擊吸能結(jié)構(gòu)提出了更高要求。

基于復(fù)合材料、輕質(zhì)合金以及泡沫填充物等材料所設(shè)計(jì)的輕質(zhì)薄壁結(jié)構(gòu)，因其低制造成本和高吸能效率被廣泛應(yīng)用于輕量化車輛抗沖擊吸能部件。近年來(lái)，對(duì)薄壁吸能結(jié)構(gòu)的誘導(dǎo)槽[3-4]設(shè)計(jì)、截面形狀[5]設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)的多胞設(shè)計(jì)[6-7]研究，使薄壁結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定性及吸能量得到很大提升。通過(guò)對(duì)圓形、方形、六邊形等不同截面吸能結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，張斌[8]發(fā)現(xiàn)正方形截面結(jié)構(gòu)在能量吸收和平均碰撞力方面效果更佳。ZHANG Xiong[3]等人系統(tǒng)分析了誘導(dǎo)槽數(shù)量、尺寸等因素對(duì)吸能管吸能性能的影響，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)增加誘導(dǎo)槽寬度可降低峰值載荷，且4個(gè)凹槽相對(duì)2個(gè)凹槽吸能量更大。HOU Shujuan[9]在沖擊載荷條件下將多胞薄壁結(jié)構(gòu)吸能量和峰值碰撞力與單胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)多胞數(shù)量的增加在提高結(jié)構(gòu)單位質(zhì)量吸能量的同時(shí)，也會(huì)造成其峰值碰撞力顯著增加。盡管以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)輕質(zhì)薄壁結(jié)構(gòu)的吸能性能和變形穩(wěn)定性有了很大改善，但其仍然存在過(guò)大的峰值載荷以及大幅度的載荷波動(dòng)問(wèn)題，不利于對(duì)人員和車輛的抗沖擊防護(hù)。

點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)因其高孔隙率和微結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性，能夠在大幅降低結(jié)構(gòu)相對(duì)密度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的設(shè)計(jì)和變形機(jī)制的控制[10]，是解決薄壁吸能結(jié)構(gòu)現(xiàn)存峰值載荷過(guò)大以及大幅度載荷波動(dòng)問(wèn)題新的設(shè)計(jì)思路。結(jié)合先進(jìn)增材制造[11]技術(shù)的快速發(fā)展，輕量化多功能點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)[12]應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的制備及成本問(wèn)題也將逐漸解決。常見(jiàn)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)有蜂窩狀結(jié)構(gòu)[13-14]、手性結(jié)構(gòu)[15]、桿狀立方結(jié)構(gòu)[16]等。金屬蜂窩點(diǎn)陣具有優(yōu)異的比強(qiáng)度、比剛度和吸能特性[17]。手性結(jié)構(gòu)由可旋轉(zhuǎn)的剛性節(jié)點(diǎn)和可彎曲的韌帶構(gòu)成，呈現(xiàn)負(fù)Poisson比特征，具有良好的抗壓和吸能特性。XIA Re[18]等人進(jìn)行了三維各向同性反手性結(jié)構(gòu)的力學(xué)研究，基于應(yīng)變能理論推導(dǎo)了其模量表達(dá)式，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)和有限元進(jìn)行驗(yàn)證，證實(shí)了三維反手性結(jié)構(gòu)可用于實(shí)現(xiàn)抗沖擊、結(jié)構(gòu)柔化以及減振。桿狀立方點(diǎn)陣大多為拉伸主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)，由于其受力變形時(shí)桿件主要承受軸向應(yīng)力，通常具有較高的強(qiáng)度和剛度。T. Tancogne-Dejean[19]等人在桿狀立方基礎(chǔ)上創(chuàng)新設(shè)計(jì)出板狀立方點(diǎn)陣，通過(guò)將不同板狀立方胞元組合，使其剛度達(dá)到近乎各向同性，并發(fā)現(xiàn)剛度各向同性板狀立方點(diǎn)陣比同等質(zhì)量的桿狀點(diǎn)陣剛度高3倍?？梢?jiàn)，通過(guò)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，可得到適用于不同工程需求的相對(duì)理想力學(xué)性能。

本文設(shè)計(jì)并制備了4種板狀立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)樣品，對(duì)其準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)下變形機(jī)制和力學(xué)特性進(jìn)行分析。結(jié)合沖擊動(dòng)力學(xué)仿真，對(duì)所設(shè)計(jì)板狀立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行低速、高速?zèng)_擊仿真，探究其沖擊載荷下的吸能特性。最后將4種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于汽車吸能盒設(shè)計(jì)，并在低速?zèng)_擊下將其抗沖擊性能及吸能特性與方形截面吸能盒作對(duì)比，探索其在輕量化汽車沖擊吸能設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。

1 板狀立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)響應(yīng)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相對(duì)密度

板狀立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)由在三維空間中規(guī)則排布的平板構(gòu)成，根據(jù)平板在空間中的分布取向以及其節(jié)點(diǎn)位置特征，本文設(shè)計(jì)了3種板狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)基本胞元，分別為簡(jiǎn)單立方（simple cube, SC）、體心立方（body centered cube, BCC）及面心立方（face centered cube, FCC）。SC胞元節(jié)點(diǎn)分布于立方體每條邊的中點(diǎn)，由3塊分別垂直于坐標(biāo)軸3個(gè)方向的正方形板構(gòu)成；BCC胞元節(jié)點(diǎn)分布于立方體的頂點(diǎn)，由6塊平行于立方體面對(duì)角線的板構(gòu)成；FCC胞元節(jié)點(diǎn)分布于立方體體心及其每條邊的中點(diǎn)，由32塊連接節(jié)點(diǎn)的等邊三角形板構(gòu)成?；?種基本胞元結(jié)構(gòu)，通過(guò)將SC和BCC、SC和FCC分別組合，本文還設(shè)計(jì)出2種新的胞元結(jié)構(gòu)SC-BCC、SC-FCC，所設(shè)計(jì)胞元結(jié)構(gòu)幾何特征及2種組合胞元設(shè)計(jì)過(guò)程如圖1所示。

點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)作為一種多孔結(jié)構(gòu)，其相對(duì)密度表征了其實(shí)體部分在空間中所占比例。在輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)結(jié)構(gòu)相對(duì)密度的表征是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)密度調(diào)控必不可少的部分。板狀立方結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)包括板的厚度t及立方體邊長(zhǎng)L，根據(jù)其幾何特征及構(gòu)成形式，本文所設(shè)計(jì)胞元結(jié)構(gòu)相對(duì)密度公式經(jīng)推導(dǎo)列于表1。

表1 不同樣品的相對(duì)密度計(jì)算公式

1.2 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)響應(yīng)及變形機(jī)制

本節(jié)采用準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)探究結(jié)構(gòu)靜態(tài)載荷下力學(xué)響應(yīng)及變形機(jī)制，通過(guò)將所設(shè)計(jì)板狀胞元在X、Y、Z3個(gè)坐標(biāo)方向進(jìn)行陣列，得到由4種板狀胞元結(jié)構(gòu)組成的壓縮樣品，各樣品厚度t均為 0.53 mm，其他參數(shù)如表2所示。其中，Nx、Ny、Nz分別為3個(gè)坐標(biāo)方向上胞元排布數(shù)目。

表2 樣品參數(shù)及相對(duì)密度

準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)樣品由密度為1.15 g/cm3尼龍粉末，經(jīng)選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（selected laser sintering, SLS）制備。由于所打印樣品為板狀結(jié)構(gòu)，胞元陣列組合之后會(huì)圍成封閉的空腔，造成尼龍粉末沉積于樣品內(nèi)，從而增大結(jié)構(gòu)密度。為便于樣品打印完成后尼龍粉末的取出，在樣品打印模型上布置了圓孔，以保證打印樣品的密度。樣品準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)在INSTRON5985（250 kN）試驗(yàn)機(jī)上完成，壓縮速度為5 mm/min。

如圖2所示，在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮過(guò)程中，所設(shè)計(jì)樣品主要變形形式為板結(jié)構(gòu)的屈曲變形。

隨著壓縮實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，BCC、SC-BCC和FCC樣品均表現(xiàn)出分層塌陷特征，且觀察到多處發(fā)生于樣品胞元連接處以及小孔周圍的局部斷裂失效。含BCC結(jié)構(gòu)樣品塌陷開(kāi)始于樣品頂層，隨后是底層塌陷，最后到達(dá)中間層，F(xiàn)CC樣品塌陷則是從底層開(kāi)始，逐漸延伸于頂層。不同于以上3種樣品的失效形式，SC-FCC樣品呈現(xiàn)出彎曲斷裂現(xiàn)象，裂口開(kāi)始于樣品中部，逐漸將整個(gè)樣品撕裂。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，觀察SC-FCC樣品失效件，發(fā)現(xiàn)其存在實(shí)心現(xiàn)象，SC-FCC的實(shí)心導(dǎo)致其剛度增大，從而造成變形形式異常。

圖3所示樣品準(zhǔn)靜態(tài)壓縮載荷—位移（F—D）曲線首先經(jīng)歷線彈性段，隨后進(jìn)入載荷波動(dòng)的平臺(tái)段，最后是載荷突變、曲線急劇上升的壓實(shí)段，平臺(tái)段的平穩(wěn)和長(zhǎng)度對(duì)沖擊吸能結(jié)構(gòu)的性能起著決定性作用。含BCC結(jié)構(gòu)樣品平臺(tái)段波動(dòng)最大為2 kN，F(xiàn)CC樣品平臺(tái)段最大波動(dòng)為1.6 kN，表現(xiàn)出較為平緩的特征。由此可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)中板的屈曲變形和分層塌陷機(jī)制，使得結(jié)構(gòu)在受到外部載荷過(guò)程中能夠平穩(wěn)變形，在結(jié)構(gòu)被壓實(shí)前較大程度發(fā)揮材料抵抗變形的能力，提高結(jié)構(gòu)中材料的利用效率，因而板狀立方結(jié)構(gòu)具有應(yīng)用于抗沖擊吸能結(jié)構(gòu)的潛能。

2 板狀立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)沖擊分析

在汽車實(shí)際行駛過(guò)程中，發(fā)生道路交通安全事故時(shí)通常伴隨著低速或高速的撞擊。因此，研究抗沖擊結(jié)構(gòu)在低速、高速撞擊情況下力學(xué)響應(yīng)，對(duì)其實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程應(yīng)用具有重要參考價(jià)值。本節(jié)將對(duì)所設(shè)計(jì)的4種板狀立方結(jié)構(gòu)進(jìn)行10、50 m/s的沖擊動(dòng)力學(xué)仿真，探究其在低速、高速?zèng)_擊狀態(tài)下力學(xué)響應(yīng)，評(píng)估對(duì)比4種構(gòu)型抗沖擊性能及吸能特性。使用商業(yè)軟件ABAQUS作為仿真平臺(tái)，模型材料選用鋁合金AA6063-T4，材料參數(shù)為：密度ρ = 2.7 kg/dm3，彈性模量E= 70 GPa，Poisson比v= 0.28，服強(qiáng)度198 MPa。4種結(jié)構(gòu)模型胞元在X、Y、Z這3個(gè)坐標(biāo)方向排布數(shù)目為3、3、3，模型邊長(zhǎng)75 mm，胞元板厚0.5 mm。

2.4 重復(fù)性試驗(yàn) 分別對(duì)云南省8個(gè)地區(qū)蒼耳子中的As、Hg、Pb、Cd 4種重金屬進(jìn)行含量測(cè)定，每個(gè)樣品重復(fù)9次平行實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算RSD＜5%。見(jiàn)表6。

仿真應(yīng)力云圖及載荷位移曲線分別展示于圖4和圖5。

如圖4所示，在低速和高速?zèng)_擊條件下，4種板狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出穩(wěn)定的逐層屈曲塌陷變形機(jī)制。這種穩(wěn)定的變形機(jī)制使得結(jié)構(gòu)在受外界沖擊負(fù)載情況下，結(jié)構(gòu)中應(yīng)力較為均勻的逐層傳播，從而確保結(jié)構(gòu)每一層的失效均勻發(fā)生于同層的每個(gè)胞元中，極大的提高了結(jié)構(gòu)中材料的利用效率。

結(jié)合圖5載荷位移曲線不難看出，在2種沖擊條件下，BCC和FCC2種單一胞元結(jié)構(gòu)較SC-BCC和SC-FCC2種組合胞元結(jié)構(gòu)平臺(tái)段波動(dòng)更為平緩；組合胞元結(jié)構(gòu)承載能力較單一胞元結(jié)構(gòu)顯著提升，結(jié)構(gòu)承載能力隨結(jié)構(gòu)相對(duì)密度的增大而增大。為更全面的分

析板狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)沖擊下力學(xué)響應(yīng)及吸能特性，引入有效行程比、平均載荷以及比吸能（specific energy absorption, SEA）作為結(jié)構(gòu)沖擊吸能性能的衡量指標(biāo)。

結(jié)構(gòu)載荷位移曲線主要分為3個(gè)階段，線彈性段、平臺(tái)段和壓實(shí)段，結(jié)構(gòu)被壓實(shí)之前的行程是其通過(guò)塑性變形進(jìn)行有效吸能的主要階段，有效行程比（effective stroke ratio, ESR）指結(jié)構(gòu)受外界載荷達(dá)到壓實(shí)狀態(tài)前的有效行程（Sef）與結(jié)構(gòu)在受壓方向長(zhǎng)度（L）的比值，可表示為

有效行程由結(jié)構(gòu)受壓過(guò)程中吸能效率決定，將吸能效率達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的壓縮位移定義為有效行程，吸能效率為

平均載荷為結(jié)構(gòu)在有效行程內(nèi)的載荷平均，表示為

比吸能指的是結(jié)構(gòu)在有效行程內(nèi)所吸收的能量與結(jié)構(gòu)質(zhì)量m的比值，表征結(jié)構(gòu)單位質(zhì)量材料吸收能量的能力為

用以上方法對(duì)圖5載荷位移曲線進(jìn)行處理，得到2種沖擊速度下結(jié)構(gòu)吸能效率曲線如圖6所示。4種結(jié)構(gòu)在10、50 m/s沖擊下，經(jīng)以上公式計(jì)算所得吸能參數(shù)繪制為柱狀圖展示于圖7。

由圖5可以發(fā)現(xiàn)：結(jié)構(gòu)受沖擊過(guò)程吸收能量的多少取決于有效行程的長(zhǎng)短以及平臺(tái)段平均載荷的高低，更長(zhǎng)的有效行程和更高的平均載荷意味著結(jié)構(gòu)具備更強(qiáng)的吸能性能。對(duì)比圖7中吸能指標(biāo)，單一板狀胞元結(jié)構(gòu)有效行程、平均載荷和SEA在高速?zèng)_擊下僅比低速?zèng)_擊條件下出現(xiàn)細(xì)微增長(zhǎng)，其吸能性能受沖擊速度影響較小；組合板狀胞元結(jié)構(gòu)有效行程則隨沖擊速度的增加出現(xiàn)較大幅度增長(zhǎng)，其吸能性能受沖擊速度影響顯著。在低速?zèng)_擊狀態(tài)，盡管組合板狀胞元結(jié)構(gòu)平均載荷較單一板狀胞元結(jié)構(gòu)顯著提升，但其有效行程的較大幅度縮短致使其有效吸收的能量減少，故而SEA隨之降低。反觀高速?zèng)_擊狀態(tài)，組合板狀胞元結(jié)構(gòu)平均載荷大幅度提升的同時(shí)，有效行程僅發(fā)生細(xì)微減少，因而其SEA有所增加。

綜合考量所設(shè)計(jì)板狀結(jié)構(gòu)在低速和高速?zèng)_擊條件下力學(xué)響應(yīng)、變形機(jī)制以及吸能特性，在汽車抗沖擊應(yīng)用中，其平穩(wěn)的載荷波動(dòng)可大幅降低對(duì)人員損傷；穩(wěn)定的逐層塌陷可保證結(jié)構(gòu)效率以及有效吸能行程；優(yōu)良的SEA數(shù)值可為車輛吸能結(jié)構(gòu)減重提供助力。

3 板狀立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)應(yīng)用于汽車吸能盒

吸能盒是汽車在低速碰撞（16 km/h）過(guò)程中，通過(guò)自身的壓潰變形吸收橫梁傳遞過(guò)來(lái)的碰撞能量，降低傳遞到車身結(jié)構(gòu)的碰撞力，避免汽車重要零部件受到損壞的結(jié)構(gòu)。本節(jié)將4種板狀胞元結(jié)構(gòu)作為內(nèi)芯設(shè)計(jì)了4種壁厚為0.5 mm的吸能盒，在4.4 m/s沖擊速度下，將其吸能效果與厚度為2.5 mm的傳統(tǒng)方形截面鋁管吸能盒進(jìn)行性能對(duì)比，探究其工程應(yīng)用價(jià)值。所設(shè)計(jì)吸能盒內(nèi)芯在X、Y、Z3個(gè)坐標(biāo)方向分布方式為2, 2,4，長(zhǎng)度為100 mm，截面邊長(zhǎng)為50 mm，板厚和吸能盒外殼厚度均為0.5 mm；用來(lái)對(duì)比的方形截面吸能盒長(zhǎng)100 mm，截面邊長(zhǎng)55 mm，沖擊仿真材料參數(shù)仍選用鋁合金AA6063-T4,不同沖擊時(shí)刻仿真應(yīng)力云圖及載荷—位移曲線分別如圖8、圖9所示。

如圖8所示，傳統(tǒng)方形截面吸能盒受沖擊變形過(guò)程中，吸能盒殼體發(fā)生屈曲變形向外膨脹，且隨著吸能盒受壓縮位移的增大，殼體上應(yīng)力分布不均勻的現(xiàn)象愈發(fā)明顯，這種不穩(wěn)定的變形機(jī)制在實(shí)際工程應(yīng)用中容易發(fā)生彎扭現(xiàn)象以及局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過(guò)早失效。與之相比，板狀點(diǎn)陣內(nèi)芯吸能盒變形形式穩(wěn)定，單一胞元板狀結(jié)構(gòu)吸能盒均逐層塌陷至壓實(shí)狀態(tài)，組合胞元結(jié)構(gòu)吸能盒則是分層塌陷至壓實(shí)狀態(tài)，且受沖擊過(guò)程中應(yīng)力分布較為均勻，有利于提高吸能盒結(jié)構(gòu)效率。

吸能盒作為汽車低速碰撞中的被動(dòng)防護(hù)機(jī)構(gòu)，其受撞擊過(guò)程中峰值載荷的大小直接決定著對(duì)車體內(nèi)部件以及載員的損傷程度。對(duì)圖9中的5種吸能盒受沖擊過(guò)程載荷—位移曲線進(jìn)行分析處理，所得峰值載荷及吸能指標(biāo)均列于表3。

表3顯示：傳統(tǒng)方管吸能盒峰值載荷高達(dá)120 kN，是其平均載荷的2倍，且其平臺(tái)段曲線波動(dòng)劇烈，大大制約了其防護(hù)功能。板狀內(nèi)芯吸能盒峰值載荷與之平均載荷近乎相等，其平臺(tái)段波動(dòng)平緩，具備更加優(yōu)良的車輛防護(hù)性能。此外，在能量吸收方面，盡管傳統(tǒng)方管吸能盒有效行程優(yōu)于板狀結(jié)構(gòu)內(nèi)芯吸能盒，但其平均載荷低于BCC、SC-BCC、SC-FCC等3種板狀內(nèi)芯吸能盒，單位質(zhì)量吸收能量（SEA）不及SC-BCC和SCFCC2種組合板狀結(jié)構(gòu)吸能盒。

綜合對(duì)比以上性能指標(biāo)，板狀結(jié)構(gòu)內(nèi)芯吸能盒可在保證結(jié)構(gòu)輕量化和吸能要求的前提下，有效解決傳統(tǒng)薄壁吸能結(jié)構(gòu)峰值載荷過(guò)大以及載荷波動(dòng)不平穩(wěn)難題。

4 結(jié) 論

本文結(jié)合準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)以及動(dòng)態(tài)沖擊仿真2種方法，對(duì)所設(shè)計(jì)的4種板狀立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)受外界載荷作用下變形機(jī)制及力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，探究并對(duì)比了其抗沖擊及吸能特性。在此基礎(chǔ)上，將4種板狀結(jié)構(gòu)作為內(nèi)芯設(shè)計(jì)了汽車吸能盒，于低速撞擊工況下將其變形機(jī)制及抗沖擊吸能特性與傳統(tǒng)方形截面吸能盒進(jìn)行對(duì)比，所得結(jié)論如下：

1） 在不同外界載荷條件下，板狀立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)出分層塌陷的變形機(jī)制，這種變形機(jī)制使結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定的同時(shí)具備更高的結(jié)構(gòu)效率。

2） 板狀立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)受外界載荷作用的載荷—位移曲線平臺(tái)段波動(dòng)平緩，且BCC、FCC這2種單一胞元結(jié)構(gòu)較SC-BCC、SC-FCC這2種組合胞元結(jié)構(gòu)平臺(tái)段波動(dòng)程度受沖擊速度影響更小。

3） 沖擊速度對(duì)組合胞元板狀結(jié)構(gòu)有效行程及SEA影響較大，高速?zèng)_擊下組合胞元點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)有效行程及SEA顯著增加。

4） 板狀結(jié)構(gòu)內(nèi)芯吸能盒較傳統(tǒng)方形截面吸能盒峰值載荷及載荷波動(dòng)程度大大降低，具備更加優(yōu)良的被動(dòng)防護(hù)性能，且SC-BCC和SC-FCC這2種板狀內(nèi)芯吸能盒單位質(zhì)量吸能能力優(yōu)于傳統(tǒng)方管吸能盒。

綜上所述，板狀立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定的變形機(jī)制和平緩的力學(xué)響應(yīng)曲線，在不同沖擊速度下均表現(xiàn)出優(yōu)良的吸能特性，可有效解決現(xiàn)存薄壁管吸能結(jié)構(gòu)受沖擊時(shí)峰值載荷以及載荷波動(dòng)過(guò)大問(wèn)題，具備應(yīng)用于輕量化車輛抗沖擊吸能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的巨大潛能。

表3 吸能參數(shù)