Characterization of energy absorption of a novel hierarchically nested self-similar multicellular circular tube

表征(材料科学) 材料科学 管(容器) 吸收(声学) 能量(信号处理) 光学 复合材料 多细胞生物 生物系统 纳米技术 分子物理学 光电子学 有限元法 衰减系数
作者
Jun Qian,Chao Chen,Xiaoqiong Huang,Yifeng Hou,Zhenzhen Cai,Xiaolin Deng,Liping Luo,Zhiyong Qian
出处
期刊:Mechanics Based Design of Structures and Machines [Taylor & Francis]
卷期号:54 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1080/15397734.2026.2645171
摘要

Thin-walled structures are increasingly favored for impact protection due to their lightweight nature and inherent crashworthiness. To develop energy-absorbing structures with enhanced performance, this study introduces a novel hierarchically nested self-similar multicellular circular tube (HNx) designed through self-similar fractal principles. A comparative analysis of the crashworthiness indices between the HNx structure and conventional round tubes indicates that the crashworthiness of the higher-order HNx structure surpasses that of conventional round tubes, both at equivalent mass and wall thickness. Notably, the energy absorption capacity of the HNx structure is improved by a factor of 30.14 relative to conventional round tubes with the same wall thickness. Further parametric analyses, examining variables such as wall thickness, wall thickness distribution of different reinforcing rib walls, and topology, demonstrate that these factors significantly influence the performance of hierarchical nested self-similar polygon-cellular circular tubes. In particular, 3-order structure of hierarchically nested hexagons (HNH-PO3) achieves a crashworthiness efficiency (CFE) as high as 90.64% at a thickness of 0.7 mm. Finally, the superior energy absorption performance of the proposed nested self-similar multicellular circular tube is validated through comparisons with other multicellular tube designs.
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