● 摘要
传统薄壁方管由于其较好的能量吸收特性，被广泛地应用为能量吸收结构。而其较高的初始峰值载荷是它最大的缺点，容易造成过高的初始峰值载荷与平均载荷的比值，使其无法保持冲击载荷的平稳性。本文提出了一种新型周期式双向波纹管，即错峰双曲波纹管。通过将双向波纹曲面嵌入直方管中，并在其相邻波纹曲面之间预置半个周期的相位差，使波纹管相邻波纹曲面的波谷和波峰相对应。其目的在于当错峰双曲波纹管受轴向冲击时，诱导褶皱按照两面向内，两面向外的模式产生，以降低结构受轴向压溃时的初始峰值载荷，改善冲击载荷的平稳性。本文在直方管和波纹梁的理论基础上，提出了错峰双曲波纹管受轴向压溃时的理论模型，并推导出了错峰双曲波纹管受轴向压溃时，平均载荷和能量吸收大小的理论公式。通过有限元软件Hypermesh和LS-Dyna对错峰双曲波纹管的缓冲和吸能特性进行了一系列数值模拟和分析，得到的结果可以很好地与理论解吻合。此外，通过有限元模拟结果对双曲波纹梁的几个重要的几何参数的影响作了讨论，得到错峰双曲波纹管的横向和纵向波纹数量，波纹深度以及管壁厚度对其受轴向压溃时的力位移曲线特性的影响。最后，通过两个冲击实例的数值模拟结果，对比说明了错峰双曲波纹管作为缓冲和能量吸收装置在保护冲击物和受冲击物，降低冲击载荷对其影响方面有着良好的表现。