金属薄壁吸能结构耐撞性研究进展

　　薄壁金属管作为一种高强重比、低成本、高吸能效率的结构.广泛应用于飞机、汽车、铁路列车和轮船等几乎听有交通工具的碰撞动能耗散系统中传统承载结构足以极限载荷除以安全系数为设计依据，而金属薄壁吸能件要是通过塑性变形来耗散冲击动能，受冲击载荷作用后发生的总变形量远远超过传统承载结构的变形鼠.因此设计方法和依据传统结构不同，吸能件的结构设计也称之为耐撞性设计薄壁金属管轴向变形所储存的能星大约要比横向高一个数量级，因此研究薄壁管在轴向冲击载菏作用下的动态响应特性是结构耐撞性领域的重要课题从20世纪60年代以来，国外学者通过理沦计算、模拟和试验研究等技术手段，对轴向载荷作用下的薄壁件的动、静态力学响应特性进行了广泛研究随着车身耐撞性研究的不断深人，在90年代末，金属薄壁件轴)扫吸能这一经典问题再次引起研究者们的广泛兴趣。

　　本文根据不司外研究结果，对薄壁吸能件的变形模式进行了归纳分类，对变形模式和力学特性研究方面的进展进行r综述，最后对薄壁吸能件今后的研究方向进行了分析和预i则

　　一、薄壁结构的变形模式

　　1.变形模式分类

　　从吸能性方l旬考虑，可将轴向载荷作用下的薄壁结构的变形模式分为三类:渐进叠缩变形、Euler变形和混合变形模式.主要区别是形成塑性铰的变形机制不渐进叠缩变形也称作“折叠式”变形或“风琴式”变形，塑性铰从结构一端有序的逐一形成，是吸能结构的最佳变形模式。对于吸能元件，有时需要采用“预变形”技术诱发这类稳态变形的发生Euler的初始变形受横向弯曲机制控制，第一个塑性铰一般发生在构件中部，随后产生很大的横向位移，是一种吸能效率很低的变形模式，耐撞性设计时要尽最避免吸能件发生这种变形混合变形模式的主要特点是变形初始阶段发生渐进叠缩变形，形成一个或多个塑性铰，随后转变为Euler变形，是一种发生概率较高的变形模式。

　　2.主要研究结果

　　控制理想和不理想变形模式的结构设计参数的差别很小，除了截面形式和尺寸参数对薄壁件的变形模式有影响外，材料特性、碰撞速度、冲击质量等也是主要的影响因素。

　　Abramowicz认为截面参数和试样长度对变形模式的影响最大。通过对128个低碳钢试样的动、静态试验，确定了发生渐进叠缩变形和E山:变形的临界值。图1所示为轴向冲击载荷作用下，方管试样发生不同变形模式的分布情况。从图l可以看出上下两条曲线基本将试验数据分为三个区，B区的试验样件发生Euler变形的概率大、尸区的试验样件基本上发生渐进叠缩变形、T区的试验样件初始阶段发生渐进叠缩变形，随后转变为Eulel变形，即发生混合变形。随着l/Ó(l为截面边长，Ó为壁厚)的增大，界定方管发生渐进叠缩变形或Euler变形的无量纲参数L/l(L为结构总长)有所提高。另外，Kar匆ozova进行了方管和圆管的动态试验，发现峰值载荷等瞬态变形参数决定初始变形阶段的变形模式，但结构的最终变形模式主要取决于变形区所储存的变形能，与材料的硬化特性(真实应力一应变曲线)密切相关。