复杂截面多胞金属薄壁结构轴向压缩阻抗研究

Lightweight multi-cell thin-walled metallic structures possess excellent mechanical and energy absorption properties and have extensive application prospects in the field of safety and protection of engineering structures. This project aims to solve the crushing resistance of multi-cell thin-walled metallic structures with complex cross sections under axial compression by dividing the whole structures into different types of basic elements and studying the crushing behavior of these basic elements. Theoretical analysis, numerical simulation, experimental investigation and structural optimization will be carried out to study the deformation mechanisms and energy absorption characteristics of basic elements developing various possible deformation modes. The influences of structural parameters on the deformation modes of basic elements will be investigated and theoretical models will be developed for corresponding deformation modes to predict the energy dissipation of the basic elements. The project is expected to disclose the intrinsic plastic deformation mechanisms of post-buckling behavior of various basic elements under axial compression, to establish the systematic analysis method to predict the compression property of multi-cell thin-walled metallic structures with complex cross sections, and to obtain the principles of optimal design of relevant structures. The research results of the project will not only sever as theoretical basis for the crashworthiness design of multi-cell thin-walled metallic structures, but also provide new approaches and ideas to further improve the energy absorption efficiency of the structures.

轻质多胞金属薄壁结构具有良好的力学和能量吸收性能，在工程结构安全防护领域具有广泛的应用前景。本项目针对复杂截面多胞金属薄壁结构的轴向压缩阻抗问题，以整体结构的基本构成元素- - 不同类型的基本单元为主要研究对象，采用理论分析、数值模拟、实验研究及优化设计相结合的研究方法，研究各类基本单元在发生各种可能的变形模式情况下的变形机理和能量吸收性能，分析主要结构参数对基本单元变形模式的影响，建立与变形模式相对应的理论分析模型并确定各类基本单元能量耗散的理论预测方法。项目预期将揭示轴压后屈曲变形条件下各类基本单元的内在塑性变形机理，建立复杂截面多胞金属薄壁结构轴向压缩性能的系统化分析方法，获得相关截面的最优化设计规律。项目的研究成果将为多胞金属薄壁结构的耐撞性设计提供理论依据，并为进一步提高其能量吸收效率提供新的方法和思路。

轻质多胞金属薄壁结构具有良好的力学和能量吸收性能，在工程结构安全防护领域具有广泛的应用前景。本项目针对复杂截面多胞金属薄壁结构的轴向压缩阻抗问题，以不同板厚基本单元、板壳组合基本单元和渐变厚度基本单元为主要研究对象，采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的研究方法，对这些单元在发生各种可能的变形模式情况下的变形机理和能量吸收性能进行了研究，分析了主要结构参数对单元变形模式和响应的影响，建立了与变形模式相对应的理论分析模型，并给出了相关单元或结构载荷响应的理论预测公式。基于代理优化方法，本项目对变厚度薄壁结构的轴压性能进行了的优化设计研究，探讨了最优厚度分布形式，并首次提出了具有多重梯度属性的薄壁吸能结构。考虑到变厚度薄壁结构和多胞薄壁结构在横向加载条件下同样具有优异的性能，项目在这方面进行了拓展研究，并首次给出了多胞薄壁结构在弯曲变形下载荷响应的理论预测方法。此外，考虑到传统多胞金属薄壁结构容易受到截面灵活性和制备成本方面的限制，项目还对两种易制备的薄壁结构形式：折叠薄壁结构和嵌入式多胞薄壁结构，在轴向与横向加载下的吸能特性进行了研究。本项目的研究成果为复杂截面多胞金属薄壁结构的耐撞性分析和设计提供了理论方法和依据，并为其进一步的广泛应用打下了坚实的理论基础。