基于实验和数值模拟的深度梯度刻槽管轴向耐撞性研究

摘要

带有外部周向宽刻槽的金属圆管受轴向冲击时将产生稳定的轴对称皱褶，因而是一种性能卓越的吸能元件。然而，均匀设置的刻槽将导致皱褶产生部位的随机性。为进一步控制刻槽管的屈曲模式并提高其轴向耐撞性，对其沿管长方向设置连续的深度梯度刻槽。通过精确的实验和数值模拟对深度梯度刻槽管在不同冲击速度和冲击端下的耐撞性进行了讨论。结果表明：刻槽管在轴向压溃过程中将产生随机渐进屈曲、随机塑性屈曲及顺序渐进屈曲三种变形模式。深度梯度刻槽管更容易产生稳定的顺序渐进屈曲模式，并能克服高速冲击带来的局部效应。此外，深度梯度的加入能够大幅度增强刻槽管轴向的耐撞性。