变厚度薄壁结构吸能特性研究与优化设计

Compared with thin-walled structures with uniform thickness, thin-walled structures with variable thickness provide a better designability, possess more excellent mechanical and energy absorption properties, and therefore have extensive application prospects in the field of safety and protection. This project aims to study the deformation behavior, energy absorption capacity and structural optimization design of thin-walled structures with variable thickness. Numerical simulation, experiment investigation and design optimization will be adopted to study the responses and energy absorption mechanism of them. The relative merits of them with respect to those with uniform thickness and the reason for these merits will be explored. The influence of geometric and thickness distribution parameters on the energy absorption performance of the structures will be investigated. Thin-walled structures with variable thickness under different loading conditions will be optimized. The project is expected to reveal the intrinsic mechanisms of the merits offered by the introduction of thickness distribution on improving the crashworthiness performance of thin-walled structures, to master the influence of structural and thickness distribution parameters on energy absorption capacity and to obtain the optimization design principles of the relevant structures. Research results of the project will provide theoretical basis and design principles for the wide applications of thin-walled structures with variable thickness in the field of safety and protection.

变厚度薄壁结构具有较等厚度薄壁结构更好的可设计性和必定更优的力学和能量吸收性能，在安全防护工程领域具有广泛的应用前景。本项目旨在对轴向和横向加载条件下变厚度薄壁结构的力学变形行为、能量吸收性能和结构优化设计问题进行研究。采用数值仿真、实验研究和优化设计相结合的研究方法，探讨变厚度薄壁结构的力学响应和能量吸收机理，分析其相对于等壁厚薄壁结构的优势和原因，分析结构主要几何与厚度分布参数对结构吸能特性的影响，并对不同载荷条件下的变厚度薄壁结构进行优化设计。项目预期将揭示引入厚度梯度对薄壁结构吸能效率提升的原因和机制，掌握主要结构几何与厚度分布参数对能量吸收性能的影响规律，获得相关结构的最优化设计规律。项目的研究成果将为变厚度薄壁结构在安全防护领域的广泛应用提供理论支撑和设计依据。

变厚度薄壁结构具有良好的可设计性，在能量吸收和安全防护相关的工程领域具有广泛的应用前景。基于实验和数值模拟方法，本项目针对不同加载条件下变厚度薄壁结构的力学变形行为、能量吸收性能和结构优化设计问题进行了研究。主要包括：变厚度锥管的轴向加载研究、截面内变厚度方管的横向弯曲阻抗研究、非均匀厚度多胞管件的横向凹陷等研究，并基于代理优化方法对相关结构进行了能量吸收和耐撞性最优化设计。研究表明，由于更大的设计域和更好的可设计性，同等条件下，变厚度薄壁结构可以获得较均匀厚度薄壁结构高得多的吸能效率和耐撞性能。此外，分析了变厚度结构相对于等壁厚薄壁结构的优势和原因，探讨了变厚度结构中主要几何与厚度分布参数对结构吸能特性的影响，并获得了相关结构的最优化设计规律。最后，还对变厚度薄壁结构能量吸收方面的研究进展进行了总结和综述，对其他提高变厚度薄壁结构易制备性的方法进行了探讨。项目的研究成果将为变厚度薄壁结构在安全防护领域的广泛应用提供理论支撑和设计依据。