新型仿竹薄壁圆管的设计与吸能特性分析

于鹏山，刘志芳，李世强

（太原理工大学机械与运载工程学院应用力学研究所，山西 太原 030024）

薄壁结构具有良好的能量吸收能力，因此被广泛应用于车辆工程领域。在汽车被动安全设计中，薄壁结构因其轻量化、制造成本低、吸能效率高等优点而被广泛应用于能量吸收装置[1-2]。汽车碰撞时，能量吸收构件通过折叠变形，将碰撞产生的大量能量耗散，以保护乘客和物品的安全[3]。

对于薄壁管耐撞性的研究，众多的研究者通过理论、数值和实验等方法对不同截面形状薄壁管的耐撞性能进行了大量的研究。Vinayagar 等[4]研究了双管结构和单管结构的吸能特性，研究表明，双管结构比单管结构具有更好的耐撞性能。吴伟等[5]设计了薄壁仿生圆管组成体心立方（BCC）仿竹晶格点阵结构，并探究了其耐撞性能，仿竹BCC 结构的比吸能相比原始BCC 结构提高了25%。Estrada 等[6]研究了薄壁管横截面的几何构型对双管结构耐撞性的影响，圆形截面的耐撞性能优于方形截面和六边形截面。Fan 等[7]通过实验研究了不同截面柱的耐撞性能，截面形状对薄壁柱的耐撞性能有显著影响。姚如洋等[8]研究表明，薄壁开孔圆管提高了其轴向耐撞性，有助于其在缓冲、吸能领域的广泛应用。Song 等[9]提出了仿生泡沫填充薄壁结构，在一定条件下，仿生方法可以提高薄壁管的能量吸收能力，影响薄壁管的变形模式。杨欣等[10]通过结构仿生原理设计了仿虾螯结构多晶胞薄壁管，结果表明，虾螯结构特征与普通圆管的结合有效提高了仿虾螯结构多晶胞薄壁管的耐撞性能。……