基于轻量化设计的薄壁圆柱管防撞性能分析



基于轻量化设计的薄壁圆柱管防撞性能分析

目前，不同几何和材料的薄壁管已经普遍地被应用于制造可折叠能量吸收器。这种结构以控制的方式逐步吸收冲击能量，并将动能转化为塑性应变能量。当薄壁结构在轴向压缩下变形时，测量该结构的能量吸收特性。

薄壁圆柱管的质量轻且具有良好的防撞性。空心的或由泡沫填充的薄壁圆柱管可用于所有车辆和移动设备，如道路车辆、火车、飞机、轮船、电梯和机械部件。该圆柱管的作用是在受到外界影响时保护乘员的安全且避免结构本身产生变形。在轴向载荷下对泡沫填充的薄壁圆6061-t6铝管进行研究，对有无引发剂、不同变形环数量以及不同密度的硬质聚氨酯泡沫填充材料对圆柱管变形的影响进行了分析。为创建一种对称变形，将环形环从管的外表面在某些特定区域沿着管长切除。利用引发剂增强结构可实现特定能量吸收，防止脉冲力突然加在汽车和乘员乘坐的区域。对于采用泡沫填充的加筋薄壁铝管，引发剂会导致硬质聚氨酯泡沫的密度不同；通过吸收能量、施加力效率（CFE）和结构质量分析圆柱管受到压缩产生环形圈的数量。进行一系列静态轴向压缩测试，分析荷载的位移曲线和结构的变形机制。计算数值和试验数据进行整合的多目标结果分析（MCDA）显示，对于材料和几何设计而言，采用引发剂、4个环管以及更高密度泡沫填充材料设计的能量吸收能力、施加力效率和结构质量更好。引发剂对圆柱管性能的影响有助于改善结构防撞性和轻量化设计，以减少碰撞对乘员的伤害。

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

编译：赵唤