折纸结构及其超材料的力学性能和吸能特性研究

基本信息
批准号:11872125
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:卢国兴
学科分类:
依托单位:北京理工大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈利,张颖,张建军,任思远,陆阳予
关键词:
冲击动力学塑性变形折纸结构能量吸收折纸超材料
结项摘要

Origami structures and origami-based metamaterials have superior performance in terms of load carrying capacity, energy absorption and impact resistance, and they show great potential for applications in many fields, such as mechanical, materials and structural engineering. Therefore, it is of great scientific significance and engineering value to systematically study their mechanical properties, especially impact resistance and energy absorbing capacity. At present, research in this field limited to numerical simulations under quasi-static and low-velocity impact loads. There is a lack of understanding of the large, plastic deformation and corresponding analytical models. Few study exists under the high-velocity impact, particularly in terms of experimental data and reliable theoretical models. Therefore, this project will systematically study the mechanical behaviors of Miura-ori structures, graded Miura-ori structures and their metamaterials under different loads by employing experiments, numerical simulations and theoretical analysis. The dynamic deformation and failure modes will be analysed to reveal the failure and energy absorbing mechanisms, and structural parameters will be explored to fully understand the mechanical properties of Miura-ori structures and their metamaterials. Implementation of this project will enrich and improve the understanding of mechanics of origami structures, expand applications of origami structures, and guide their applications of origami structures and their metamaterials in engineering.

折纸结构及基于折纸结构的超材料在力学承载、能量吸收与冲击响应等方面具有优越的性能,在机械、材料和建筑工程等领域表现出极大的应用潜力,因此对其力学性能尤其是吸能特性进行系统研究具有重要的科学意义与工程价值。目前该领域的研究主要局限于准静态和低速冲击荷载下的数值模拟,缺乏对塑性大变形机理的理解及力学分析模型;同时,在高速冲击载荷下尚无充足的理论数据和可靠的理论模型。本项目拟采用实验、模拟、理论分析等手段对Miura-ori折纸结构、渐变Miura-ori结构及其超材料在不同荷载下的力学行为进行系统研究:分析其动态塑性大变形和模式,揭示结构与材料的变形机理和能量吸收机制,探究结构参数的影响规律,实现对Miura-ori结构及其超材料的力学性能的全面认识。本项目将丰富与完善折纸结构的力学理论,扩大折纸结构的应用范围,为折纸结构及其超材料在建筑、材料和结构工程等领域的应用提供理论基础和技术支持。

项目摘要

在重大国防和民生工程的安全防护问题中,深入理解工程结构和材料的能量吸收机理至关重要。该项目围绕这一关键问题而展开。本项目采用实验、模拟、理论分析等手段对Miura-ori折纸结构、渐变Miura-ori结构及其超材料在不同荷载下的变形机理和能量吸收特性开展了系统研究。该项目的深入开展,加深、丰富与扩展了对Miura-ori折纸结构超材料的几何特征、变形机制、吸能特性和抗冲击性能等力学行为的全面认识,为Miura-ori折纸结构超材料在航空航天等重大工程结构的结构防护和安全设计提供了重要的理论基础与技术支撑。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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