基于负泊松比内凹六边形蜂窝结构的高速公路复合防撞护栏碰撞性能数值模拟研究

本文提出一种新型SA级F形复合防撞护栏，通过嵌入负泊松比（NPR）内凹六边形蜂窝结构作为吸能层，显著提升传统混凝土护栏的缓冲性能。研究通过3D打印试件准静态压缩试验验证有限元（FE）模型准确性，并基于LS-DYNA进行多场景碰撞仿真。结果表明：该设计使轿车、客车与卡车的峰值冲击力分别降低15.1%、25.2%和26.7%，为超材料在交通安全领域的应用提供新思路。

　　

研究亮点

负泊松比（NPR）内凹蜂窝结构凭借卓越的耐冲击性与能量吸收能力，为提升护栏缓冲性能提供创新解决方案。本研究通过优化蜂窝几何构型、材料类型与胞壁厚度，显著增强护栏的碰撞能量耗散效率。

结论

基于NPR金属蜂窝结构的优异吸能特性，本研究提出一种嵌入内凹六边形蜂窝的新型复合护栏系统，其设计依据现有SA级F形护栏截面尺寸，并遵循《护栏安全性能评价标准》（SPES）通过数值模拟系统评估其防撞性能。主要结论如下：

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  通过3D打印蜂窝试件的准静态压缩试验验证了有限元模型的准确性，仿真与试验结果高度吻合；
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  车辆有限元模型经安全标准验证具备适用性；
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  敏感性分析表明，蜂窝结构配置（如几何设计、材料选择与胞壁厚度）对碰撞性能具有显著影响；
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  在多车型碰撞场景下，新型护栏相较于传统F形护栏可分别降低轿车、客车与卡车15.1%、25.2%和26.7%的峰值冲击力，缓冲性能提升显著。
  该设计为负泊松比蜂窝结构在先进护栏系统开发中的应用提供了实践参考。