基于屈曲微晶格材料的减振器轻量化设计

专题

基于屈曲微晶格材料的减振器轻量化设计

屈曲一直被认为会影响机械的稳定性。然而，在工程中利用仿真软件仿真发现，屈曲可使机械达到双稳态、多稳态。屈曲发生在底层材料发生线性变形情况下：①首先，在平衡状态，所有单元分力矢量和必须等于外力；②各单元分位移之和等于总位移；③屈曲单元之间存在差异，使得单个元素的屈曲材料和结构吸收机械冲击能量非常普遍。对屈曲微晶格材料的研究发现，其良好的性能可应用于汽车减振器轻量化设计。

研究中，通过对给定形状屈曲单元压缩轴进行加载，绘制出应力-应变曲线，对激光光刻技术制造的三维聚合物微结构进行试验分析。以前的研究工作表明，一维聚合物结构失稳的体积填充分数约为50%，并且晶格常数为厘米级。对三维聚合物微结构进行研究表明，材料体积填充率较低，质量密度较低。由于试验所用材料晶格常数数量级较小，特征振动频率更高，因此能量吸收效果较好。此外，研究证明了屈曲单元材料可以边吸收能量边恢复形状，相比传统吸能材料有较大优势。

试验还发现，如果激发屈曲模式，则冲击能量最终转化为热能，能量传递的速度取决于屈曲元件的振荡频率与晶格周期，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维聚合物可以吸收机械能并可以自动恢复原结构。

该屈曲微晶格材料可应用于汽车减振器设计中，并能有效减小结构体积并降低成本。

刊名：Advanced Materials（英）

刊期：2016年第28期

作者：J.H.Park et al

编译：徐嘉浩