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科學(xué)家打造復(fù)合結(jié)構(gòu)，可用于設(shè)計汽車碰撞吸能裝置

多年來，科學(xué)圍繞汽車發(fā)展的家打三大主題“安全、環(huán)保、造復(fù)裝置海南復(fù)合防撞設(shè)施哪里買節(jié)能”，合結(jié)湖南大學(xué)教授侯淑娟課題組致力于碰撞安全性的用于研究。

鑒于可持續(xù)發(fā)展變得日益重要。設(shè)計因此，汽車他們在設(shè)計和制備能量吸收結(jié)構(gòu)時，碰撞試圖從日常生活中尋找一種低成本、科學(xué)易加工、家打可持續(xù)利用的造復(fù)裝置原料。

過去幾年間，合結(jié)海南復(fù)合防撞設(shè)施哪里買該團隊陸續(xù)發(fā)表了幾篇關(guān)于椰子材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的用于論文。在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計前不久他們又發(fā)表了固廢循環(huán)利用的汽車論文。

易拉罐作為日常生活中常用消耗品，隨處可見。全球每年消耗的易拉罐數(shù)量巨大，據(jù)統(tǒng)計中國人均年消費約為24罐，廢舊易拉罐資源非常豐富。

易拉罐有著典型的管狀薄壁結(jié)構(gòu)，對于它的循環(huán)再利用途徑非常值得加以探索。

該課題組考慮的是：如果將其用于碰撞吸能結(jié)構(gòu)，不僅可以延長易拉罐的使用周期，還能制備具有低碳足跡的能量吸收器，助力于實現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”，同時助力于實現(xiàn)安全、環(huán)保、節(jié)能。

然而，易拉罐不可避免地存在一些初始缺陷，通過軸向壓潰實驗他們發(fā)現(xiàn)，空的易拉罐在軸向壓潰載荷之下，對于缺陷存在較高的敏感性。

實驗結(jié)果顯示，空罐出現(xiàn)了多種失效模式，包括一些低效吸能的變形模式。這在一定程度上限制了易拉罐空罐直接作為能量吸收器的可能性。

針對這一問題，他們通過原位制備，將易拉罐與PU（polyurethane，聚氨基甲酸酯簡稱聚氨酯）泡沫進行復(fù)合，從而賦予易拉罐復(fù)合結(jié)構(gòu)更加優(yōu)異的吸能特性。

由于罐體與PU材料之間產(chǎn)生了耦合效應(yīng)，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)變形模式會發(fā)生顯著的變化，從而極大提高單位質(zhì)量的吸能量。

在動態(tài)沖擊的載荷之下，上述復(fù)合結(jié)構(gòu)仍能表現(xiàn)出穩(wěn)定的失效模式。沖擊之后的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其屈曲波瓣中并未出現(xiàn)斷裂破壞的現(xiàn)象，這表明易拉罐本身就具有優(yōu)異的沖擊韌性。

這也表明其在動態(tài)能量吸收領(lǐng)域中具有廣闊應(yīng)用前景。與其他能量吸收材料相比，易拉罐與PU泡沫的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在能量吸收方面具備顯著優(yōu)勢。

上述復(fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢還體現(xiàn)在易制備、低成本、可持續(xù)等方面。由于廢舊易拉罐的數(shù)量龐大，因此這種復(fù)合結(jié)構(gòu)很容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。

此外，還可以根據(jù)實際需求進行現(xiàn)場制備，并通過對多個復(fù)合結(jié)構(gòu)單元進行組合、拼裝、調(diào)控、配置等，實現(xiàn)個性化定制設(shè)計、以及高效吸能器的快速制備。

具體來說，其應(yīng)用前景包括但不限于以下幾點：

其一，用于汽車碰撞吸能裝置：目前在做汽車碰撞實驗時，通常使用大尺寸的商業(yè)鋁蜂窩材料進行緩沖吸能。而本次復(fù)合吸能結(jié)構(gòu)可以直接替代鋁蜂窩材料。

其二，用于高速公路兩旁的公共設(shè)施沖擊防護：為了有效避免車輛撞擊道路兩邊的重要公共設(shè)施比如通訊桿、通訊設(shè)備、電線桿等，可以將該復(fù)合結(jié)構(gòu)進行定制化組裝，固定部署在被保護對象的外圍。

其三，用于抗爆炸防護結(jié)構(gòu)的犧牲層：將多個復(fù)合結(jié)構(gòu)進行組裝，即可用于設(shè)計防暴結(jié)構(gòu)的犧牲層。

日前，相關(guān)論文以《從飲料罐和聚氨酯泡沫中獲得超高能量吸收的可持續(xù)復(fù)合材料》（Sustainablecompositeswithultrahighenergyabsorptionfrombeveragecansandpolyurethanefoam）為題發(fā)在CompositesScienceandTechnology[1]，ChenJianbo是第一作者，侯淑娟擔(dān)任通訊作者。

如前所述，關(guān)于可持續(xù)的吸能材料或結(jié)構(gòu)的研究，是該團隊一直在努力的方向。一方面，他們實現(xiàn)了針對一些材料改性的工作，通過嘗試不同的改性方法，以期提升材料的吸能特性；另一方面，課題組也做不少結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作。

汽車碰撞安全性優(yōu)化設(shè)計，是該團隊的研究方向之一。在過去他們通過建立高精度的回歸表征模型，發(fā)展了碰撞安全性的多目標(biāo)優(yōu)化算法，借此實現(xiàn)了多種輕質(zhì)吸能結(jié)構(gòu)與材料的快速設(shè)計。其中，關(guān)于模型、算法和輕質(zhì)吸能結(jié)構(gòu)的設(shè)計，得到了一家汽車研發(fā)中心的引用。

參考資料：

1.Chen,J.,Li,E.,Liu,W.,Mao,Y.,Hou,S.(2023).Sustainablecompositesw,239,110047.