基于屈曲微晶格材料的減振器輕量化設計

專題

基于屈曲微晶格材料的減振器輕量化設計

屈曲一直被認為會影響機械的穩定性。然而，在工程中利用仿真軟件仿真發現，屈曲可使機械達到雙穩態、多穩態。屈曲發生在底層材料發生線性變形情況下：①首先，在平衡狀態，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構吸收機械沖擊能量非常普遍。對屈曲微晶格材料的研究發現，其良好的性能可應用于汽車減振器輕量化設計。

研究中，通過對給定形狀屈曲單元壓縮軸進行加載，繪制出應力-應變曲線，對激光光刻技術制造的三維聚合物微結構進行試驗分析。以前的研究工作表明，一維聚合物結構失穩的體積填充分數約為50%，并且晶格常數為厘米級。對三維聚合物微結構進行研究表明，材料體積填充率較低，質量密度較低。由于試驗所用材料晶格常數數量級較小，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形狀，相比傳統吸能材料有較大優勢。

試驗還發現，如果激發屈曲模式，則沖擊能量最終轉化為熱能，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原結構。

該屈曲微晶格材料可應用于汽車減振器設計中，并能有效減小結構體積并降低成本。

刊名：Advanced Materials（英）

刊期：2016年第28期

作者：J.H.Park et al

編譯：徐嘉浩