题目：薄壁拼焊管轴压吸能特性的研究

碰撞安全性是衡量汽车设计水平的主要指标之一，缓冲吸能元件是保证汽车碰撞安全性的重要结构元件，金属薄壁管结构是车身缓冲吸能元件的主要结构形式，其结构设计是车身结构耐撞性设计的重要组成部分。薄壁拼焊管是一种新型缓冲吸能元件，可以兼顾轻量化和耐撞性要求，在车身缓冲吸能结构轻量化及耐撞性设计方面具有较为广阔的应用前景。拼焊管由拼焊板制成，与车用传统薄壁管结构存在较大差别，目前尚没有可遵循的设计准则及方法。本文基于传统金属薄壁吸能管的研究成果，综合运用理论分析、试验和数值模拟方法及手段，对拼焊管的轴压吸能特性进行了深入研究。建立了分析薄壁拼焊管轴压变形的拼焊型超折叠单元模型，推导了基于理想刚塑性和幂指数硬化本构关系，发生非对称或对称折叠变形模式的拼焊型超折叠单元平均压垮载荷和折叠波长的计算公式，得出了料厚比、强度比和宽厚比等构形参数对变形参数的影响规律，为拼焊缓冲吸能管结构的轴压吸能性设计提供了理论依据。提出了拼焊单向拉伸试样设计时，将焊缝偏离试样中心布置的方法，推导了焊缝偏置量计算公式，讨论了焊缝偏置在拼焊拉伸试样设计时的适用范围，分析了拼焊试样尺寸、料厚比和强度比对焊缝力学性能测试结果的影响趋势。测得了差厚同材拼焊板中焊缝的力学性能，在此基础上，给出了拼焊管中焊缝的有限元建模方法。提出了几何等效结构的概念，为车身缓冲吸能结构设计过程中截面几何形状的选取提供了一种较好的对比研究方法。在此基础上，对材料相同，截面形状不同的圆形、六边形和方形等几何等效结构的轴压吸能性进行了量化分析，确定了六边形薄壁管是一种变形稳定、可控性好的吸能元件。建立了基于LabVIEW虚拟仪器技术的便携式数据采集系统，对不同材料、不同几何形状的拼焊和非拼焊薄壁管进行了准静态压缩试验。基于试验和数值模拟结果，对薄壁拼焊管的轴压吸能特性进行了分析，定量地给出了初始峰值载荷、平均压垮载荷和比吸能等耐撞性参数，对比了拼焊管和传统薄壁管在轴压吸能性方面的差别，研究了料厚比和强度比对拼焊管轴压吸能性的影响规律，为汽车车身缓冲吸能元件的轻量化设计提供了理论依据和设计手段。