角单元对薄壁管耐撞性的影响

刘旺玉 田鹏飞 金林 罗远强

(华南理工大学 机械与汽车工程学院,广东 广州 510640)

汽车耐撞性问题是汽车被动安全所需解决的重要问题。薄壁结构因其低质量和卓越的能量吸收特性等优点,被广泛应用在车身耐撞性结构设计中[1]。截面形状是影响薄壁结构耐撞性的重要因素。其中,简单截面形状(例如三角形[2]、方形[3]、六边形[4]、八边形[5]和圆形[6])和由简单截面形状转化而来的复杂形状(例如星形[7]、正弦波纹形[8]和十字形[9])都被广泛研究。以上研究表明，塑性变形主要发生在管的角单元附近,角单元吸收了大量的能量。

Wierzbicki等[10]提出超折叠单元理论来解释轴向碰撞过程中移动塑性铰的形成。超折叠单元理论将变形模式分为非延展模式和延展模式。Chen等[11]在此基础上推导出简化超折叠单元理论。Zhang、Tran等[12- 14]利用简化超折叠单元理论分别对多胞方管、三板管和多胞三角形管进行了研究。他们将管截面划分为不同的基础角单元,通过叠加不同角单元对平均力的贡献得到整个管的平均力理论表达式。

根据理论可得方管的平均力为

Pm=13.10σ0C1/3t5/3,

式中，σ0是材料的流动应力,C和t分别代表薄壁管的宽度和厚度。

对于六边形管,其平均力为

Pm=30.90σ0C1/3t5/3。

因此,方管和六边形管每个角单元的平均力分别是3.27σ0C1/3t5/3和5.15σ0C1/3t5/3,意味着当角单元从90°增大到120°时,平均力增大57.5%。然而平均力随着角单元的增大而增大的结论是以几个特殊正多边形角单元(90°,108°和120°)的平均力为依据,这些角度以外的其他角度是否具有相同的影响规律无法得到验证,所以以上结论不具有普遍性。……