为有效防治煤矿冲击地压,增强液压立柱防冲性能,提出了新型凹角圆管式吸能防冲构件。通过数值模拟方法分析了构件凹角数量、直径和厚度对吸能特性的影响。基于响应面函数,运用理想点法对比吸能和载荷平稳系数两指标进行了多目标优化。结果表明构件发生了倾斜渐进有序变形、渐进有序变形、无序挤压变形和混合变形四种稳定的变形模式,倾斜渐进有序变形吸能特性最好,渐进有序变形吸能特性最差。径厚比较大时,构件偏心率较小,多发生倾斜渐进有序变形模式,载荷位移曲线波动较小,吸能特性较好;径厚比较小时,构件偏心率较大,构件载荷位移曲线波动较大,吸能特性较差。优化结果表明凹角数量N=4、壁厚t=5.38mm、半径R=83.28mm构件吸能特性最佳,比吸能较圆管增加了17.80%,载荷平稳系数增加了29.17%。

金属圆管的自由翻转可用于设计能量吸收结构。目前的二维理论分析模型与实验数据和有限元计算的结果相比还有较大差距。针对受轴向压缩载荷产生翻转变形的圆管，在假设体积不变的前提下，利用Mises屈服准则建立了一个三维分析模型。圆管在翻转过程中的厚度变化采用两段假设。对照有限元计算的结果发现，三维分析模型对翻转半径的预测改进较小，对稳态翻转力的预测比二维模型更准确。

针对斜拉桥拉索的无规则振动,在分析现有减振器特性基础上,研制开发一种在核心技术上具有自主知识产权的桥梁拉索减振器。利用连接端十字万向轴节的结构设计,实现了减振器的三维转动;利用内部双层静、动密封件的设计,解决了液压油泄漏的问题;利用液压油路控制增加阻尼液流动的行程,通过液体流动吸收振动能量,实现了对桥梁拉索内的减振、消振,解决了现有桥梁拉索减振器存在的振动消除效果差、漏油、施工安装困难等问题。

提出了评价和比较各类管件结构的能量吸收性能的评估指标体系,具体指标为有效行程比(ESR)、结构承载能力(NLC)、单位重量的能量吸收能力(SEA)、吸能有效率(EEA)和载荷波动度(ULC).为了分析截面和材料对管件能量吸收能力的影响,比较了铝合金和低碳钢2种材料的圆管和方管的能量吸收性能.结果表明在相同密实度下,圆管的能量吸收能力要优于方管,且在同一截面的管件中,铝合金管件的能量吸收能力和载荷波动程度要优于低碳钢管件.

层级材料具有优异的力学性能和吸能特性。提出一种面内分形的形内自相似六边形蜂窝结构,运用应变能密度优化方法,对三维形内自相似六边形蜂窝结构进行尺寸优化,分别得到应变能密度最大和应变能密度最小的优化结构,并与未经优化的形内自相似蜂窝结构及典型的圆形蜂窝结构进行吸能特性比较。结果表明:应变能密度最大的自相似蜂窝结构比应变能密度最小的结构吸能特性强,但整体刚性相比较弱,应变能密度最小的形内自相似蜂窝结构抗冲击刚性较强;两种应变能密度不同的形内自相似六边形蜂窝结构都具有较强的吸能特性,其比吸能比未经优化的形内自相似蜂窝结构和典型圆形蜂窝较好。结构的自相似分形方式和应变能密度优化能够很好改善蜂窝结构的耐撞性和吸能特性,同时实现结构轻量化。