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淺談不同管狀和材料對結構能量吸收性能的影響論文
近年來，頻繁的汽車碰撞、大型船舶撞擊以及飛機或航天器的緊急著陸等，這些事故不僅造成了巨大的經濟損失，還對乘員的生命安全構成嚴重的威脅.為了保護乘員安全和降低結構的損毀程度，許多學者對能量吸收裝置進行了大量的研發，其中尤以管狀結構在能量吸收裝置中的應用最為廣泛。近20年來，人們對各種管件的能量吸收性能做了詳細的分析，如圓管、方管、多角形薄壁管、預制圖案的管、開窗的管、沿軸向呈錐形的管等等。
表征各類管件結構的能量吸收性能的因素很多.首先，平均壓縮力對管件的能量吸收性能有著至關重要的作用.平均壓縮力代表了結構的承載能力，其大小和壓縮位移共同決定了整個結構的能量吸收能力.始于Alexander的多位研究者提出了軸向壓縮下圓管和方管的理論分析模型，給出了平均壓縮力的理論預測公式。同時，單位重量的能量吸收能力是比較實際結構的能量吸收能力的另一個重要指標，它對于需要限制重量的能量吸收元件尤為重要，但目前對于單位重量的能量吸收能力的計算方式尚沒有統一的標準。
由于上述各評價參數僅僅停留在個別材料或管件比較的層面上，因此希望能夠提出一套具有普遍適用性的評估指標體系，用來評價和比較各類管件的能量吸收性能，進而為能量吸收裝置的優化設計提供參考。
筆者介紹了有效行程比(Effective Stroke Ratio,ESR)、結構承載能力(Non-dimensional Load-carryingCapacity, NLC)·單位重量的能量吸收能力(SpecificEnergy Absorption, SEA)、吸能有效率(Effectivenessof Energy Absorption, EEA)和載荷波動度(Undulationof Load-carrying Capacity, ULC) 5項評估指標，并用這套評估指標體系全面分析和比較了軸向壓縮下鋁合金和低碳鋼2種材料的圓管和方管的能量吸收性能。
1評估指標體系
對于軸向壓縮下的薄壁金屬管件，漸進壓潰的薄壁管件的承載會呈現出3個明顯的階段:初始屈曲階段、平臺階段、壓實階段.初始屈曲階段存在初始峰值載荷;在平臺階段中載荷大體平穩，但隨著管的漸進屈曲會呈現出顯著的波動;壓實階段則表現為載荷迅速增加。
值得指出的是，過去由于對由平臺階段到壓實階段的過渡點缺乏統一和明確的定義，許多文獻在確定有效壓縮行程和計算相應的平均載荷時常常帶有隨意性，例如有效壓縮行程有的取值為0.7，有的取為0.8等等，這種情況也給不同文獻的結果比較帶來了困難.現在我們給出了有效壓縮行程的明確定義，增強了客觀性和確定性，為下一步建立評估指標體系奠定了基礎。
2管件的能量吸收性能分析根據軸向壓縮下的管件的實驗數據和近似理論模型的預測，評價指標下的能我們分析和比較各類管件在各個量吸收能力。
3結論
根據能量吸收裝置的設計要求，提出了一個較為全面的能量吸收評估指標體系，它包含有效行程比、結構承載能力、單位重量的能量吸收能力、吸能有效率和載荷波動度.為了比較實驗結果與理論結果的一致性，將鋁圓管的NLC, SEA和EEA的實驗結果與理論模型進行了比較，結果表明各個評估指標隨管件密實度的變化趨勢與理論結果相一致，但實驗值均略高于理論結果。
另外，為了比較和分析截面對管件能量吸收能力的影響，給出了圓管和方管的各個評估指標隨密實度變化曲線，結果表明，除了載荷波動度外圓管的能量吸收能力均優于方管.同時，為了比較和分析材料對管件能量吸收能力的影響，從各個評估指標隨密實度的變化曲線發現，就有效行程比、結構承載能力和吸能有效率而言，材料對管件的能量吸收性能影響不大，但對單位重量的能量吸收能力和載荷波動度，鋁合金管件的能量吸收能力和載荷波動程度要優于低碳鋼管件。
顯然，這些評估指標可以用于評估各類能量吸收結構和材料的能量吸收性能，包括多胞材料，從而為能量吸收裝置的優化設計提供了參考。
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