基于輕量化設計的薄壁圓柱管防撞性能分析

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基于輕量化設計的薄壁圓柱管防撞性能分析

目前，不同幾何和材料的薄壁管已經普遍地被應用于制造可折疊能量吸收器。這種結構以控制的方式逐步吸收沖擊能量，并將動能轉化為塑性應變能量。當薄壁結構在軸向壓縮下變形時，測量該結構的能量吸收特性。

薄壁圓柱管的質量輕且具有良好的防撞性。空心的或由泡沫填充的薄壁圓柱管可用于所有車輛和移動設備，如道路車輛、火車、飛機、輪船、電梯和機械部件。該圓柱管的作用是在受到外界影響時保護乘員的安全且避免結構本身產生變形。在軸向載荷下對泡沫填充的薄壁圓6061-t6鋁管進行研究，對有無引發劑、不同變形環數量以及不同密度的硬質聚氨酯泡沫填充材料對圓柱管變形的影響進行了分析。為創建一種對稱變形，將環形環從管的外表面在某些特定區域沿著管長切除。利用引發劑增強結構可實現特定能量吸收，防止脈沖力突然加在汽車和乘員乘坐的區域。對于采用泡沫填充的加筋薄壁鋁管，引發劑會導致硬質聚氨酯泡沫的密度不同；通過吸收能量、施加力效率（CFE）和結構質量分析圓柱管受到壓縮產生環形圈的數量。進行一系列靜態軸向壓縮測試，分析荷載的位移曲線和結構的變形機制。計算數值和試驗數據進行整合的多目標結果分析（MCDA）顯示，對于材料和幾何設計而言，采用引發劑、4個環管以及更高密度泡沫填充材料設計的能量吸收能力、施加力效率和結構質量更好。引發劑對圓柱管性能的影響有助于改善結構防撞性和輕量化設計，以減少碰撞對乘員的傷害。

Mohammad Javad Rezvani et al. Thin- Walled Structures Vol96, 2015.

編譯：趙喚