梧州学院邓小林ADV ENG MATER：平面外冲击下树状分形分层蜂窝的能量吸收特性分析

Wiley

2025-09-22

研究背景

在汽车、航天与智能装备等领域，对结构材料的轻量化、高效吸能性能提出了更高要求。近年来，梯度层级结构、双梯度层级结构等新型吸能设计不断涌现，以达到在降低初始峰值力的同时提升整体能量吸收效率。蜂窝结构因其优异的结构稳定性和缓冲特性，广泛应用于多种防护场景。目前，在传统蜂窝基础上，包括正六边形、手性蜂窝、内凹蜂窝、分层蜂窝和嵌套式蜂窝在内的多种变形结构被广泛报道。而结构拓扑、层级关系、结构参数及填充材料等因素对蜂窝结构的抗冲击性能具有关键影响。然而，当前蜂窝结构在面外冲击下的能量吸收机制仍存在可拓展空间。因而，进一步探索具有多尺度设计特征的轻质蜂窝结构，对提升缓冲系统的吸能效率与稳定性具有重要的科学意义与工程价值。

文章概述

近日，由梧州学院邓小林教授科研团队报道了一种具有树状层级特性的树形分级层级蜂窝结构。树状结构在自然界中表现出对风暴的非凡的韧性和抗冲击性，同时也表明其出色的耐撞性。该设计将树形层级分形特性与双方管结构优越的耐撞性相结合。利用经过验证的有限元模型研究了树形分级层级蜂窝结构的耐撞性，讨论了壁厚、分岔系数和分岔角度对其耐撞性能的影响。研究结果表明，壁厚对耐撞性的影响最为显著。层级蜂窝结构具有90°的分岔角度时耐撞性较好，在分岔系数设为2/3的情况下，高阶树形分级层级蜂窝结构表现出较好的抗冲击性能。研究结果为进一步开发具有树状分形双管单元的层级特性蜂窝提供了重要参考。

图文导读

结论

受树形分形仿生学启发，设计了一种蜂窝单元为树状分层双管的新型层级蜂窝，研究了具有树形分层和多细胞双管特性的不同层次蜂窝结构的面外特性，并将该结构与传统的蜂窝结构进行了比较。讨论了树状分层双管层级蜂窝在不同结构参数下的耐撞性能，进一步探究了壁厚、分岔角度和分岔系数对结构抗冲击性能的影响。研究结果表明，新型层级蜂窝比传统蜂窝在抗冲击性方面具有绝对的优势。研究成果对于探索新型树状分形双管单元层级特性蜂窝的设计方法和策略具有一定的参考和借鉴意义。

期刊简介

Advanced Engineering Materials专注于工程材料的所有最新突破。该杂志涵盖了各种关键主题，例如复合材料、陶瓷、金属间化合物和涂层，以及高温、细胞和生物医学材料，以及创新的制造技术。