【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多稳态结构设计，特别是涉及一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法。
技术介绍
1、多稳态结构是由双稳态单元阵列组成，双稳态单元通常为曲梁、斜梁、薄壳等。在稳态的转变过程中通过双稳态单元的跳跃屈曲吸收和耗散能量，因具有可定制、可恢复和可重复使用的能量吸能和耗散能力而受到学者的广泛关注和研究，在能量吸收、隔震减震、冲击防护等领域具有广泛的应用前景。
2、授权公告号cn117212392a的专利中，公开了一种突弹跳变层级双曲梁多稳态超材料可重复吸能结构，这种吸能结构的优点是具有多稳态、多吸能平台、多步变形能力；缺点是基于均匀厚度双曲梁单元的突弹跳变吸收能量，吸能效率不能最优化。
3、授权公告号cn115596799a的专利中，公开了一种具有可调力学性能的模块化多稳态超材料结构，这种结构的优点是可通过更换含不同长度中间杆的单胞，串联不同数量的单胞，调控模块化多稳态超材料结构的力学性能；缺点是单元需由弹性或超弹性材料为基材，导致较低的强度和吸能能力。
4、多稳态结构的几何设计需要双稳态单元具有较小的厚度和较大的屈服应变以确保材料在弹性范围内，然而基于弹性不稳定性设计的多稳态超构材料通常表现出较低的强度和吸能能力。采用高强度金属材料的多稳态结构虽然能有效提高强度和吸能能力，但会出现塑性变形不可恢复以及疲劳问题，限制了多稳态结构的应用。几何优化设计是一种可以充分发挥材料利用效率、有效提升多稳态超材料结构吸能性能的策略，通过调控多稳态构造单元曲梁的厚度变化，可以改变多稳态超构材料的吸
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，在不改变材料用量的条件下，通过调节β值提升多稳态结构的吸能能力、耗能效率和冲击防护性能。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，包括以下步骤，
3、s1、采用多稳态结构对被防护物进行抗冲击防护，多稳态结构中具有若干阵列排布的双稳态曲梁单元，对双稳态曲梁单元中的双稳态曲梁进行几何形状定义，
4、；
5、其中，w(x)是双稳态曲梁沿y轴的高度，x是双稳态曲梁沿x轴的跨度，h是双稳态曲梁的跨中高度，l是双稳态曲梁的跨度；
6、s2、在不改变多稳态结构整体体积的前提下，对s1中双稳态曲梁的厚度根据如下公式进行优化设计，提升多稳态结构的吸能性能和冲击防护性能，
7、；
8、其中，t(x)表示双稳态曲梁沿x轴的厚度，β表示厚度的不均匀程度系数，x是双稳态曲梁沿x轴的跨度，t表示双稳态曲梁的均匀厚度，l是双稳态曲梁的跨度；
9、s3、根据被防护物所需的抗冲击防护性能，通过调整β值对双稳态曲梁的厚度进行不均匀性调控；
10、s4、对不同层级中阵列排布的双稳态曲梁的β值进行分别调控，对同一层级中均匀阵列排布的双稳态曲梁中的β值进行统一调控，得到层级化的梯度多稳态结构。
11、优选的，s1中，多稳态结构的材质为弹性或超弹性材料。
12、更优选的，多稳态结构的材质为tpu超弹性材料。
13、优选的，s4中，不同层级的双稳态曲梁β值由上至下呈梯度递增或递减趋势。
14、优选的，s3中，当β＞1时，双稳态曲梁的梁端薄梁中厚，且随着β值的增大，梁端越薄梁中越厚，双稳态曲梁越具有理想双稳态属性。
15、优选的，s3中，当β值在[0,1]范围内时，双稳态曲梁的梁端厚梁中薄，且随着β值的减小，梁端越厚梁中越薄，在此范围内具有最优的β值。
16、优选的，β值的优化设计公式如下，在最优的β值下，双稳态曲梁具有最优的能量俘获能力，
17、；
18、其中，为最优的β值，h是双稳态曲梁的跨中高度，l是双稳态曲梁的跨度。
19、因此，本专利技术采用上述步骤的一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，其有益效果为：
20、1、本专利技术巧妙地利用β值调控多稳态结构中双稳态曲梁单元的双稳态曲梁的厚度不均匀程度，在不改变材料用量的条件下提升多稳态结构的吸能能力、耗能效率和冲击防护性能；
21、2、本专利技术通过改变β值对多稳态结构中双稳态曲梁单元的双稳态曲梁的几何参数进行调节，实现了多稳态结构的层级化设计、屈曲顺序调控和吸能特性可调控；
22、3、通过本专利技术提供的优化设计方法，可以得到任意几何参数多稳态结构的最优β值，实现较优吸能性能多稳态结构的快速设计，为实际工程应用提供参考；
23、4、相比于同样材料用量的均匀厚度多稳态超材料结构，本专利技术通过调控β值得到的非均匀厚度多稳态超材料结构可将冲击荷载控制在较低的阈值内，实现了结构冲击防护性能的提升。
24、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，其特征在于：S1中，多稳态结构的材质为弹性或超弹性材料。
3.根据权利要求1所述的一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，其特征在于：S3中，当β＞1时，双稳态曲梁的梁端薄梁中厚，且随着β值的增大，梁端越薄梁中越厚，双稳态曲梁越具有理想双稳态属性。
4.根据权利要求1所述的一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，其特征在于：S3中，当β值在[0,1]范围内时，双稳态曲梁的梁端厚梁中薄，且随着β值的减小，梁端越厚梁中越薄，在此范围内具有最优的β值。
5.根据权利要求1所述的一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，其特征在于：S4中，不同层级的双稳态曲梁β值由上至下呈梯度递增或递减趋势。
6.根据权利要求4所述的一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，其特征在于：β值的优化设计公式如下，在最优的β值下，双稳态曲梁具有最优
...【技术特征摘要】
1.一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，其特征在于：s1中，多稳态结构的材质为弹性或超弹性材料。
3.根据权利要求1所述的一种非均匀厚度多稳态结构的缓冲吸能性能优化设计方法，其特征在于：s3中，当β＞1时，双稳态曲梁的梁端薄梁中厚，且随着β值的增大，梁端越薄梁中越厚，双稳态曲梁越具有理想双稳态属性。
4.根据权利要求1所述的一种非均匀厚度多稳态结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡楠，姚显花，赵海洋，甘展图，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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