具有多种折纸芯结构的夹层管横向能量吸收性能研究

摘要整理

复合材料夹层管因其优异的比强度机械性能在土木工程和航空航天领域得到广泛应用。折纸基芯结构能显著增强机械性能，但关于不同折纸芯构型对夹层管横向机械性能影响的研究鲜少，制约了其工程应用设计方法的发展。本研究通过在复合材料夹层芯中融入折纸结构，创新性地增强了横向能量吸收能力。采用准静态加载方式，研究了碳纤维增强复合材料（CFRP）夹层管在三点弯曲型局部压缩和横向结构压缩下的横向机械性能。建立了系统的几何设计框架和数值模型方法。通过有限元分析与实验相结合，研究了不同折纸芯构型和几何参数对横向能量吸收能力的影响。实验采用全菱形折纸芯构型的夹层管试样。夹层结构的圆筒形芯体采用四层[0°]₄ T700（T300）编织CFRP，分别采用热压成型（真空袋法配合阴阳模具）工艺制造。系统研究了八种不同折纸芯型式（轴向Miura、周向Miura、菱形、Kresling及其对应的曲折线型）的参数特性和破坏模式。结果表明，Miura型折纸芯夹层管的能量吸收性能优于其他折纸型式、嵌套管和传统蜂窝夹层管（CFRP或铝芯）。基于响应面法（RSM）对Miura型管结构参数进行了优化，获得了提高能量吸收能力的设计策略。研究成果为未来先进工程应用中高比能量吸收管状结构的设计提供了指导。

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