仿生梯度圆环防护系统的耐撞性设计

受甲虫外骨骼角质层刚度分布的启发，提出了一种新型仿生刚度梯度圆环阵列防护结构，此结构具有出色的抗冲击性能、超强的刚度可编程性和形状可重构性，可拓展应用到多种尺寸比例和组装框架类型，以满足更多的实际工程抗冲击防护需求。基于数值仿真技术建立了冲击载荷作用下仿生刚度梯度圆环防护系统的有限元模型，结合实验分析和理论模型研究了应力波在仿生梯度圆环系统中的传播规律以及仿生梯度圆环系统的抗冲击力学行为和防护能力，发现凹形刚度梯度可以显著改善仿生圆环系统的防护性能。研究了圆环弹性模量、半径和厚度分布对仿生刚度梯度圆环系统防护特性的影响，获得对刚度梯度进行编程的最佳解决方案。