In this paper, we fabricate human DNA and polar bear inspired thin-walled tube that tends to reduce the strength of decelerating force during impact, while escalating the amount of energy absorbed. The crashworthiness performance under axial impact is investigated using experimental analysis and non-linear finite element analysis (FEA). The investigation is conducted in three phases; the first phase consists of the design and fabrication of a novel bio-inspired tube (BIT) motivated by the most stable human DNA. Twelve BITs are created by filling cylindrical tubes into different positions of the BIT, which was inspired by the microstructural of polar bear hair. The second phase comprises the nonlinear FEA of energy-absorbed ability for different BITs under axial impact loading using LS-DYNA software, and then validated by the Simplified Super Folding Element (SSFE) theorem. In the third phase, Radial Basis Function (RBF) meta-models and Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) are used for the multi-objective optimization design of BIT-11. The numerical simulation results are compared with the experimental results to confirm the crash behavior and energy absorption (EA) characteristics of the optimal structure over a base one. Based on the results, the suited configuration with required performance in crashworthiness is suggested, which should be incorporated into automobiles for safety consideration of passengers during an impact. The results show an increment of 49% in Specific Energy Absorption (SEA), suggesting the better choice of a particular tube over the base tube.

中文翻译：

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结构稳定性和动力学的耐撞性分析

在本文中，我们制造了人类 DNA 和受北极熊启发的薄壁管，该管倾向于降低撞击过程中的减速力强度，同时增加吸收的能量。使用实验分析和非线性有限元分析（FEA）研究了轴向冲击下的耐撞性能。调查分三个阶段进行；第一阶段包括设计和制造一种由最稳定的人类 DNA 驱动的新型仿生管 (BIT)。十二个BIT是通过将圆柱形管填充到BIT的不同位置而创建的，其灵感来自北极熊毛发的微观结构。第二阶段包括使用 LS-DYNA 软件对不同 BITs 在轴向冲击载荷下的能量吸收能力的非线性有限元分析，然后通过简化超级折叠元素 (SSFE) 定理进行验证。第三阶段，将径向基函数（RBF）元模型和非支配排序遗传算法II（NSGA-II）用于BIT-11的多目标优化设计。将数值模拟结果与实验结果进行比较，以确认最优结构相对于基础结构的碰撞行为和能量吸收（EA）特性。根据结果​​，提出了具有所需耐撞性能的合适配置，应将其整合到汽车中，以考虑碰撞期间乘客的安全。结果显示特定能量吸收 (SEA) 增加了 49%，这表明在基管上选择特定管更好。径向基函数（RBF）元模型和非支配排序遗传算法II（NSGA-II）用于BIT-11的多目标优化设计。将数值模拟结果与实验结果进行比较，以确认最优结构相对于基础结构的碰撞行为和能量吸收（EA）特性。根据结果​​，提出了具有所需耐撞性能的合适配置，应将其整合到汽车中，以考虑碰撞期间乘客的安全。结果显示特定能量吸收 (SEA) 增加了 49%，这表明在基管上选择特定管更好。径向基函数（RBF）元模型和非支配排序遗传算法II（NSGA-II）用于BIT-11的多目标优化设计。将数值模拟结果与实验结果进行比较，以确认最佳结构相对于基础结构的碰撞行为和能量吸收（EA）特性。根据结果​​，提出了具有所需耐撞性能的合适配置，应将其纳入汽车中，以考虑碰撞期间乘客的安全。结果显示特定能量吸收 (SEA) 增加了 49%，这表明在基管上选择特定管更好。将数值模拟结果与实验结果进行比较，以确认最佳结构相对于基础结构的碰撞行为和能量吸收（EA）特性。根据结果​​，提出了具有所需耐撞性能的合适配置，应将其纳入汽车中，以考虑碰撞期间乘客的安全。结果显示特定能量吸收 (SEA) 增加了 49%，这表明在基管上选择特定管更好。将数值模拟结果与实验结果进行比较，以确认最佳结构相对于基础结构的碰撞行为和能量吸收（EA）特性。根据结果​​，提出了具有所需耐撞性能的合适配置，应将其纳入汽车中，以考虑碰撞期间乘客的安全。结果显示特定能量吸收 (SEA) 增加了 49%，这表明在基管上选择特定管更好。为了乘客在碰撞过程中的安全考虑，应将其安装到汽车中。结果显示特定能量吸收 (SEA) 增加了 49%，这表明在基管上选择特定管更好。为了乘客在碰撞过程中的安全考虑，应将其安装到汽车中。结果显示特定能量吸收 (SEA) 增加了 49%，这表明在基管上选择特定管更好。