新型负刚度超材料吸能结构的设计与优化

为了提高负刚度超材料的吸能特性,提出了一种加固圆柱形负刚度超材料结构;它由圆柱面斜梁单元和内部周期性平面斜梁单元组成,其吸能性能主要通过斜梁单元的负刚度特性实现。通过理论解析和有限元分析对结构的力学性能进行研究,结果表明斜梁单元高厚比值越大结构的负刚度和双稳态性能越明显且两种斜梁单元的高厚比取值越接近结构稳定性越好;同时通过与空心圆柱形负刚度超材料结构的对比,证实了加固结构提高了空间利用率以及增强了吸能效果。最后以航天器非火工分离装置为应用背景,基于Kriging代理模型对所提出的新型负刚度超材料吸能结构进行了优化设计,总吸能水平和单位吸能水平均相对增长了20.47%。