随着我国经济水平的提高,汽车在我国家庭中普及开来,极大的方便了人们的生活,但与此同时交通事故的发生也对人民的生命财产造成不可挽回的损失。在碰撞事故中,吸能结构能有效吸收与耗散冲击碰撞过程中的巨大动能与冲击力,减少双方的生命财产缺失。薄壁壳体结构在受到冲击时通过结构的溃缩,吸收大量的能量,且兼具轻质价优的特点,被广泛运用于吸能器的设计中。基于薄壁结构,学者们提出了预制压痕、初始形状和附加结构等方法对结构吸能性能进一步地加强。不同于上述传统增强方法,表面纳米化处理增强技术对材料自身进行增强,不改变结构尺寸与构型,加工方便,有着独特的优势。本文将表面纳米化技术运用到薄壁方管的吸能性能提升中,提出对薄壁方管表面进行局部表面纳米化处理增强,控制结构压溃过程的屈曲变形模式,以提升整体吸能性能的优化设计方法。本文得到如下研究成果:(1)搭建了对304不锈钢板材进行表面纳米化处理的实验平台,并通过常温金属静态拉伸试验,发现经过超声表面纳米化处理,304不锈钢板材的塑性延伸强度增强131.13%,达到499.47MPa,但是弹性模量减弱19.98%,为144.20 GPa。(2)对不同纳米化面积占比下的居中单条纹环状表面纳米化方管的吸能性能进行了分析,发现全纳米化的设计会极大地提高冲击峰值载荷,不利于保护吸能器后方的人与物的安全;而未纳米化处理的方管在冲击后期冲击力呈现明显上扬趋势,吸能性能较差。纳米化局域与非纳米化局域混合布局的吸能方管能很好地避免冲击峰值载荷过高的问题,且纳米化的比例越高,总吸能性能越好。对矩形区域纳米化处理的方管,分析了纳米化区域分布位置对方管整体吸能性能的影响,发现纳米化区域靠近棱边分布有利于提高整体结构的吸能性能。(3)对纳米化区域面积占比40%的单条纹环状表面纳米化方管进行优化,以条纹距方管底面的高度为设计变量,最大化总吸能E_d为目标。得到的最优解的冲击载荷效率CFE比未纳米化方管提高44.25%;总吸能E_d与比吸能SEA比未纳米化方管提高45.84%,其总吸能性能超过80%面积占比的居中单条纹方管,仅略低于全纳米化方管,整体吸能性能得到了很大提升。(4)考虑到在棱边上分布更多纳米化区域能有效提高整体结构的吸能性能,基于可移动变形组件法框架下提出底边紧贴棱边的等腰三角形组件设计。在此优化框架下,对含三个可移动变形组件的方管进行优化,以最大化总吸能E_d为目标,并将纳米化面积占比约束为40%,得到比单条纹最优解更优的优化结果,其总吸能E_d甚至超过全纳米化方管。