汽车安全性研究已成为汽车技术研究中最为重要的环节,关于材料和结构在碰撞过程中的能量吸收的耐撞性研究,是汽车被动性安全当中的碰撞安全研究的重要内容。薄壁金属结构因其轻质、价廉以及在冲击过程中能有效耗散大量的冲击动能的特点已被广泛应用于汽车缓冲系统的吸能结构设计中。论文围绕缓冲系统吸能结构的创新设计开展研究,综合利用理论分析、试验技术、数值仿真以及多目标优化等多种研究方法,研究并提出了多种新型的能量吸收结构并开展了系统的耐撞性研究工作,研究的主要内容如下:(1)星形管轴向载荷下的耐撞性试验及理论研究针对现有的薄壁结构的耐撞性研究主要集中在新型结构的理论分析和性能改进,而很少有研究制造工艺对结构耐撞性影响的不足,系统的开展了不同材料、不同加工方式制造的六角、八角和十二角星形管轴向压缩下的耐撞性试验研究。研究发现八角星形管的平均载荷相比六角星形管增加了7.94%,而十二角星形管的平均载荷相比八角星形管减少了15.75%。不同加工方式对星形管的耐撞性研究表明,加工方式对结构的变形模式有一定影响,但对结构的整体耐撞性能影响有限。基于简化的超折叠单元方法对星形管在轴向压缩下的平均载荷进行了推导,得到了星形管轴向压缩下的平均载荷理论公式。(2)正弦曲线横截面横向波纹管设计及耐撞性优化提出了一种新型的具有正弦曲线横截面的横向波纹管,其横截面的拓扑演化可通过振幅、基本公称半径和波纹数量来控制,采用试验、数值仿真和优化方法系统的开展了该结构的耐撞性研究。结果表明,振幅、波纹数量和壁厚是影响结构变形模式和耐撞性能的重要参数,当波纹数量为6和8时,其比能量吸收相比常规圆管最高分别提升了27.91%和27.24%。开展了振幅、公称半径和壁厚对结构耐撞性的参数化研究,系统的分析了结构参数对耐撞性指标响应的主效应和交互效应。多目标优化后的结果表明,所提出的横向波纹管相比圆管具有更好的耐撞性能,更为广泛的应用范围和可设计空间。(3)三明治夹层横向波纹管耐撞性研究提出了一种由外圆管,中间的横向波纹管和内圆管组成的新型的三明治夹层横向波纹管,采用试验、数值仿真和多目标优化方法开展了该结构的耐撞性研究。研究结果表明,中间横向波纹管在压缩过程中由于外圆管和内圆管的限制,变形模式相比其单独压缩发生了明显变化,且产生了明显的耦合效应。归因于耦合效应,能量吸收相比其组成管的单独压缩之和提升了35.6%,提出的三明治夹层横向波纹管相比三明治夹层星形管具有更大的有效冲击距离、更低的初始峰值载荷和更好的压缩稳定性。参数化研究表明内圆管的壁厚对比能量吸收起主要影响作用,而外圆管的壁厚对初始峰值载荷起主要影响作用。对波纹数量分别为6和10的三明治夹层横向波纹管开展了多目标优化研究,得到了几乎相同的最优解,但它们却是通过优化所得到的完全不同的结构参数来实现的。(4)负泊松比正弦曲线蜂窝的面内冲击动力学分析提出了一种新型的具有负泊松比效应的正弦曲线蜂窝结构,对不同振幅和厚度的蜂窝结构在不同速度冲击下的动力学响应进行了分析,并开展了能量吸收研究。研究结果表明,所提出的正弦曲线蜂窝面内冲击下的作用力与振幅、壁厚和冲击速度密切相关,壁厚越厚、振幅越小的蜂窝的反作用力相比振幅较大和壁厚较薄的蜂窝具有更为明显的波动,冲击速度越高,作用力波动也越明显。固定端的平台应力与冲击速度无关而与蜂窝的厚度相关,结构的能量吸收能力随振幅增加而下降,具有轻微拉胀的正弦曲线蜂窝结构相比常规正六边形蜂窝结构具有更好的能量吸收能力。(5)多胞圆锥管耐撞性研究及优化设计提出了一种新型的多胞圆锥管,并对所提出的多胞圆锥管与现有的多胞方锥管、四晶胞锥管在保持相同质量条件下开展了耐撞性对比分析,所提出的多胞圆锥管在小加载角加载时的耐撞性明显优于多胞方锥管和四晶胞锥管。系统的研究了隔板数量、锥角、壁厚和加载角等结构参数对多胞圆锥管耐撞性的影响。开展了多种单一载荷工况和多载荷工况的多目标优化研究,讨论了结构参数对耐撞性的影响,结构参数对耐撞性指标平均梯度均一化后的结果表明,壁厚对耐撞性的影响远远大于锥角,但当加载角为20°时,锥角对比能量吸收的影响达到48.25%。