自相似仿生層次多胞薄壁管的耐撞性研究及優化

徐少強，李偉偉*,，李琳

（1.山東理工大學交通與車輛工程學院，山東淄博255000；2.山東理工大學數學與統計學院，山東淄博255000）

據國家統計局的數據顯示，截止2019年末全國民用汽車的保有量已經達到了2.541 億輛，較2018年末增長了2240萬輛[1]。伴隨著汽車保有量的大量增加，交通安全成為了人們主要關注的問題。合理的優化汽車的防撞結構，不僅可以降低汽車制造的成本，還可以很好的保護車內成員的生命安全。汽車的防撞結構中大部分都是薄壁結構，像汽車的前縱梁、吸能盒、邊梁等，它們通過自身的壓潰變形來吸收大量的沖擊能量，從而緩沖瞬間的沖擊力，達到保護車內乘員生命安全的作用[2]。

傳統的方形和圓形薄壁結構因其生產成本低，且具有較高的能量吸收效率，被大量應用于吸能結構當中[3]。近些年來，薄壁結構的耐撞性優化一直是國內外科學界和工程界研究的熱點。Alexander[4]發現圓形薄壁管的壓潰過程是一個軸對稱變形模式，提出了圓形薄壁結構在該模式下的平均沖擊力計算模型。Wierzbicki和Abramowicz[5]發現Alexander 研究中的管壁彎曲過程是曲線并不是直線，提出了超折疊單元理論，給出了更加準確的平均沖擊力計算模型。Chen 等[6]將薄壁結構壓潰時折角處用3個三角單元的薄膜變形能和彎曲變形能所替代，簡化了超折疊單元理論。Najafi等[7]比較系統的研究了在薄壁結構中添加肋板連接后的耐撞性，推導了多胞情況下平均沖擊力的計算公式。Zheng等[8]橫向研究了厚度對LVT 多孔管能量吸收的影響，結合仿真結果和實驗數據給出了吻合度較高的平均力預測公式?！?br>