结构在受冲击、爆炸等极端载荷冲击下的冲击能量吸收性能对于其安全性能至关重要。金属薄壁结构由于具有优良的比强度、比刚度和能量吸收特性,已经成为工程中广泛应用的和重要的冲击能量吸收结构形式。金属薄壁结构的能量吸收特性与结构形式、材料属性及受载情况等密切相关。理解薄壁结构在冲击载荷下的能量吸收机理与变形模式,进而提出具有高能量吸收性能的新型结构形式,一直是科研工作者及工程师的研究热点。本文围绕提高金属薄壁结构的耐撞性能和能量吸收特性,在深刻理解变形模式与能量吸收关联关系的基础上,提出了多种性能优异的新型薄壁结构形式。采用理论研究、数值仿真与优化设计相结合的技术手段,系统地研究了新型薄壁结构的能量吸收特性。本文具体的研究内容分为以下几个部分:（1）针对普通圆管受三点弯曲作用时易出现过度集中变形、截面易扁平化等缺陷问题,提出了四种筋条加固型薄壁圆管结构。该类新型结构成功克服了普通圆管三点弯曲时的缺陷,具有很好的抗弯性。运用数值方法对筋条加固型圆管三点弯曲特性进行模拟,并对其耐撞性进行了研究;通过与普通圆管的对比研究表明其中三种筋条加固型圆管的承载特性和能量吸收特性均显著提升。进一步进行单因素影响分析,揭示了加固型圆管几何参数和压头尺寸对其耐撞性的影响规律;采用复杂比例评估法（COPRAS）对不同工况下筋条加固型圆管的耐撞性能进行了评价,结果表明这四种加固型圆管的综合耐撞性能都优于普通圆管。（2）为提高薄壁金属管的能量吸收性能,选择荷叶脉络为生物原型,设计出一种具有叶脉分枝结构特征的仿生薄壁结构（Bionic thin-walled structure,BTS）。运用显式有限元方法模拟仿生薄壁结构受轴向和横向载荷冲击下的动态响应过程,并对其变形模式和能量吸收特性进行了研究;对比分析表明引入叶脉分枝特性的仿生薄壁结构能量吸收效率高于普通结构;进一步对仿生薄壁结构进行了参数化分析,阐明了几何结构参数对其耐撞性能的作用机制;基于多项式回归模型和非支配排序遗传算法Ⅱ（NSGA-Ⅱ）对横向载荷作用下仿生薄壁结构进行了耐撞性多目标优化设计。（3）进一步运用泡沫和蜂窝材料对仿生薄壁结构（BTS）进行填充,并对其耐撞性能进行了对比研究。数值模拟泡沫填充管和蜂窝填充管受轴向及横向载荷作用下的动态响应过程,基于力-位移曲线、比能量吸收及变形模式分析,揭示不同填充方式下填充管的能量吸收性能差异;对比研究发现无论是轴向还是横向载荷作用下,蜂窝填充管的能量吸收效率均显著高于泡沫填充管;基于分析所得的最优填充形式,进一步运用试验设计和代理模型方法构建其耐撞性能多目标优化模型,并通过粒子群算法（MOPSO）求解获得最优结构参数,为实际工程中吸能装置的设计提供理论依据。（4）基于荷叶脉分枝结构,提出了一种新型的优异吸能结构-仿荷叶脉分支特性蜂窝（BIH）,采用数值方法对其面内动态压溃行为进行了研究。同时,对常规圆形蜂窝的压溃行为进行了比较。比较表明,BIH具有更好的能量吸收性能,其单位质量比能量吸收（SEA）比常规圆形蜂窝（RCH）高79.94%。随后,系统研究了微结构、相对密度和压溃速度对BIH吸能特性的影响。最后,基于一维冲击理论,采用最小二乘法拟合,给出了不同相对密度的BIH动态平台应力的经验方程。（5）为进一步提高蜂窝力学性能,将叶脉分支结构特性引入到负泊松比内凹蜂窝中,设计了一种具有荷叶脉络分支特性的负泊松比蜂窝（LVBH）。从有效控制和改善负泊松比内凹蜂窝结构面内压缩变形机理入手,设计出两种类型的LVBH（LVBH-Ⅰ和LVBH-Ⅱ）;对比分析LVBH与传统负泊松比内凹蜂窝结构（NPRH）在相同冲击速度下的动态压缩行为和能量吸收效率,结果表明LVBH比NPRH具有更好的能量吸收特性,且LVBH-Ⅱ最优;基于一维冲击波理论,推导了LVBH-Ⅱ冲击端动态平台应力值的理论计算公式;结合变形机理分析了不同冲击速度下新型蜂窝结构的负泊松比增强效应。（6）基于夹层板优良的抗冲击性能,将具有叶脉分支特性的蜂窝作为夹层板芯层,设计出一种新型蜂窝夹层板结构。采用数值技术对低速冲击下新型夹层板结构的冲击过程进行了模拟,并对其抗冲击性能进行了系统性研究。通过与传统六边形蜂窝夹层板对比研究发现在相同的质量下,新型夹层板后面板的挠度小于传统夹层板,具有很好的抗冲击性能;对新型夹层结构进行了参数化研究,探讨了结构参数与其抗冲击性能的耦合影响规律;采用响应面法对新型夹层板进行了优化设计,得到了新型夹层板最优的结构参数。