在高速冲击或爆炸等环境下,工作设备或结构部件极易造成结构性损坏而失去工作能力,为了保证在冲击环境中各个部件的正常工作,一般会设计一些缓冲吸能装置对结构进行保护,薄壁金属管塑性变形缓冲器,具有结构相对简单、工作可靠、载荷波动较小等诸多的优点,在冲击动力学等领域有着较为广泛的应用前景。本文采用理论建模、数值模拟以及实验研究的方法,研究了薄壁金属管在中高速冲击环境下的缓冲特性,根据薄壁金属管缓冲力特点对传统金属管结构进行了优化设计,对金属管在降低冲击体内部结构过载方面的应用进行了基础性研究。本文对薄壁金属管在冲击环境下缓冲力缓冲特性的基础理论研究对其在冲击动力学领域的应用提供参考和帮助。应用主应力法,考虑应变率效应和惯性效应的基础上,建立了金属管在高速冲击下缓冲力理论模型。理论模型主要描述金属管定径段在冲击环境下的缓冲力大小,可以为金属管结构在冲击环境下的应用提供理论参考。利用空气炮实验系统,对薄壁金属管在中高速冲击下的缓冲特性进行了实验研究,得到了金属管在冲击环境下的缓冲力曲线,分析了金属管在冲击环境下的变形特点和缓冲力特点,金属管在冲击环境下缓冲力曲线在基本形式和具体数值上与金属管在准静态下缓冲力曲线有一定区别,冲击环境下金属管在初期和稳定缓冲区的缓冲力较大。将实验得到的金属管缓冲力与理论模型计算得到的缓冲力进行了对比分析,实验值与理论值在金属管定径段吻合较好,理论模型具有一定的准确性,可以为金属管结构应用计算提供参考。利用LS-DYNA对空气炮逆弹道实验进行了数值模拟,将数值模拟得到的金属管缓冲效果与逆弹道实验得到的金属管缓冲效果进行对比分析,数值模拟的结果与实验结果吻合良好,数值模拟金属管在冲击环境下的缓冲力具有良好的准确性。利用LS-DYNA对金属管在冲击下的缓冲特性进行了研究,通过数值模拟详细分析了金属管在整个冲击过程中的变形以及由变形导致的缓冲力在各阶段的变化。研究了冲击速度、不同半锥角、冲击质量对金属管缓冲性能的影响,得到了以上三个参数对金属管在冲击环境下缓冲力影响特点和影响趋势,对各参数影响的研究结果,可以为金属管在冲击环境中的应用设计提供参考和指导。对比研究了5A02铝与45钢两种材料的薄壁金属管在冲击下的缓冲性能,45钢金属管的总吸能能力和单位质量吸能能力要高于5A02铝薄壁金属管,45钢薄壁金属管的理想吸能效率要高于5A02铝薄壁金属管。根据原结构在冲击环境下的缓冲力特点,提出了三种优化结构以提高金属管结构在冲击环境下的理想吸能效率,经过对原结构和优化结构的稳定区缓冲力、理想吸能效率、吸能能力的对比分析,得出结构4为具有最优缓冲力特性的结构。最后,研究了薄壁金属管缓冲器降低冲击体内部结构过载的降载效能,金属管复合结构缓冲器有效作用时间内能够有效保护内部结构,降低内部结构在冲击或侵彻过程中的高过载。通过数值模拟,从不同降载百分比、不同缓冲器轴向长度和不同冲击速度三个方面,研究了金属管复合结构缓冲器结构对降载冲击体结构有效作用时间内侵深影响,所设计的薄壁金属管降载结构适宜用在侵彻时间较短和侵彻深度较小的情况下。