意外碰撞事件往往对人员生命和财产安全造成重大威胁,因此对材料与结构的抗冲击和吸能特性研究具有重要的实际意义。轻质薄壁结构在冲击载荷下具有良好的抗冲击性能,为了进一步提高结构和材料的抗冲击性能,引入梯度变量成为这一领域近年来的研究热点。从设计的角度看,引入梯度扩大了结构的设计域,必定能够获得较均匀结构更优的性能。着眼于这一点,本文进行了相关研究工作。(1)通过实验方法,分别研究了轴向梯度壁厚的圆锥管和横截面变厚度的方管在轴向准静态压缩载荷下的吸能效率,验证了引入梯度特征对提高薄壁结构的吸能特性具有显著作用;(2)基于优化设计,研究了在轴向冲击载荷下,抗冲击性能最优时,薄壁圆管的半径及厚度的分布情况。结果表明引入薄壁圆管壁厚梯度可以提高其在轴向冲击载荷下的抗冲击性能,轴向冲击载荷下,相同质量的圆直管比圆锥管有更强的抗冲击性能,并且圆直管外径越小,抗冲击性能越优越;(3)对斜向冲击载荷作用下,薄壁圆管的半径及厚度进行了不同约束条件下的优化设计研究,结果表明在斜向冲击载荷下,相同质量的圆锥管比圆直管有更强的抗冲击性能,并且壁厚呈一定梯度分布时,其抗冲击性能比壁厚均匀的更加优越;(4)研究了横向冲击载荷下,薄壁方管的横截面壁厚的最优分布情况,结果表明引入合适的横截面壁厚梯度可以提高其在横向冲击载荷下的抗冲击性能,并且在质量恒定条件下,材料向横截面左右两侧边及冲击端集中时,方管梁的抗冲击性能更好。