【中国科学报】剪-折纸元素提供碰撞防护设计新思路

安徽农业大学副教授徐翔团队以汽车、飞行器等运载装备碰撞防护需求为背景，受剪-折纸元素架构启发，构建了超轻高性能缓冲吸能防护结构新构筑方法，为相关运载装备碰撞防护设计提供了新思路。相关研究成果近日发表于《虚拟和物理原型》。

团队构建了新型低密度轻质高比吸能结构，能量吸收较传统薄壁结构显著提升，且结构类型在材料成本不变的情况下实现性能可调。

“关于低密度轻质结构的研究很多，但是很多结构的材料利用率不足、有效能量吸收低，我们希望提高结构的能量吸收水平，减少对被撞击对象的冲击力。”徐翔表示。

剪-折纸可通过剪裁、组合、翻折、旋转等实现结构多样化，与传统的波纹夹层结构相比，具有多结构配置可调特性。团队受此启发，提出了具有更好耐撞性指标和更多折叠次数的研究方案。该方案适用范围广，可作用于汽车、飞机、船舶等多场景的碰撞防护。

研究团队利用软件仿真模拟汽车、无人机碰撞，研究了上述方案的可行性。结果显示，汽车前缓冲装置的能量吸收值可提高38%、无人机着陆地面的冲击力可降低48%，碰撞安全性能显著改善。同时，研究人员对设计方案中折叠角度以及最大/最小尺寸的调控特性进行了研究，发现设计方案具有较好的性能宽域可调特性。（记者陈彬）