双方向ピラミッド型エネルギー吸収管のムカデ構造に基づく耐衝撃性設計

科学分野:

• 材料科学
• 機械工学
• バイオミメティクス

背景:

• 従来のエネルギー吸収構造は、エネルギー散逸と安定性のための最適化が必要である。
• ムカデの移動原理は、高度なエネルギー吸収設計の可能性を提供する。

研究 の 目的:

• 生体模倣アルミニウムフォーム充填双方向ピラミッドエネルギー吸収構造を開発・解析すること。
• 耐衝撃性とエネルギー吸収を強化するための幾何学的パラメータを最適化すること。

主な方法:

• フォームアルミニウム充填双方向ピラミッド構造を構築・試験した。
• 耐衝撃性を解析するために実験とシミュレーションを利用した。
• 多目的最適化のためにKrigingとNSGA-IIIを使用した。

主要な成果:

• フォームアルミニウム充填構造は、最適な比エネルギー吸収と荷重安定性を示した。
• 最適な性能は、特定の幾何学的パラメータ範囲（78° ≤ θ ≤ 87°、t ≤ 0.1 mm、34 mm ≤ d ≤ 44 mm）内で達成された。
• 最適化により、ピーク破砕荷重が11.17%減少し、比エネルギー吸収が11.67%増加した。

結論:

• ムカデに着想を得た生体模倣設計は、高性能なエネルギー吸収コンポーネントにつながる。
• 最適化された構造は、工学的な保護用途に大きな可能性を提供する。
• 本研究は、将来のエネルギー吸収構造開発のための理論的基盤を提供する。