题目：自锁能量吸收装置的设计及性能优化研究

 

以金属薄壁圆管为吸能元件的能量吸收装置广泛应用于碰撞、冲击、爆炸等工程领域的防护。然而，这种基于圆管的吸能装置在抵抗冲击的过程中必须施加较强的约束，否则吸能元件的横向飞溅会降低吸能效率，并有可能引起二次损害。为此，本文提出了一种截面为哑铃状的薄壁管，以该结构为吸能单元的新型能量吸收装置可实现各个分结构之间的相互约束，在使用中无需施加额外的约束或仅需施加较弱的约束就可以达到较好的吸能效果。

为验证新型可自锁吸能装置的自锁效果，本文对该系统进行了准静态实验和落锤冲击实验，结果表明，该装置通过哑铃状截面彼此咬合提供约束，能够在无额外约束的条件下实现自锁定。

而后，本文主要从实验和有限元模拟两个方面对单管和多管吸能系统在径向载荷作用下的变形行为进行了研究。对于单管，在径向压缩载荷作用下，其力-位移曲线可分为三个阶段：弹性变形主导的线性段、塑性变形主导的平缓段以及力快速增长段，其中第二阶段为该薄壁管吸能的主要阶段。对于多管吸能系统，本文研究了平板冲击和集中载荷冲击两种情况下的吸能特性，并与相同条件下传统圆管系统的变形行为进行了对比，发现在无外加约束条件下，新型自锁吸能装置的吸能特性明显优于传统圆管系统。此外，还考虑了摩擦系数、冲击位置、不同边界条件等多种参数的影响。在以上两方面的研究中，数值模拟和实验结果都符合得很好。

最后，为了提升单个哑铃截面薄壁管的吸能效果，本文采用有限元模拟对其直径、厚度、轴心距、平板间距离等几何参数和结构进行了优化，为该结构的实际工程应用提供了指导和参考。