【摘 要】
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近年来,无论是是远洋船舶还是内陆河流中航行的船舶碰撞事故都时有发生进而导致环境污染、经济损失、人员伤亡等灾难性的后果。因此,对吸能优异的船舶防撞结构的研究具有十分重要的意义。在众多防撞结构中金属薄壁管结构以其轻质、低成本、易于加工等优点常被用于船舶、高铁、汽车等交通工具的碰撞能量耗散系统中。剪切增稠液（Shear Thickening Fluid,简称STF）受到外部冲击时,体系粘度会急剧增大,该
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近年来,无论是是远洋船舶还是内陆河流中航行的船舶碰撞事故都时有发生进而导致环境污染、经济损失、人员伤亡等灾难性的后果。因此,对吸能优异的船舶防撞结构的研究具有十分重要的意义。在众多防撞结构中金属薄壁管结构以其轻质、低成本、易于加工等优点常被用于船舶、高铁、汽车等交通工具的碰撞能量耗散系统中。剪切增稠液（Shear Thickening Fluid,简称STF）受到外部冲击时,体系粘度会急剧增大,该过程可以吸收大量的能量,因此将其填充于吸能结构中可以进一步优化结构的吸能特性。本文提出了一种填充剪切增稠液的空腔防撞结构,以薄壁结构作为空腔。首先研究了波纹管结构、波纹管内置窗格管组合而成的波纹/窗格双管结构（Corrugated And Windowed Tube,简称CWT）以及填充剪切增稠液的CWT结构在准静态压缩下的吸能特性。在Abaqus中建立了仿真模型,将仿真结果与实验结果进行对比,验证了仿真模型的准确性。紧接着用仿真的方法研究了动态冲击下波纹管的波纹参数对其耐撞性能的影响;为了进一步地增强波纹管的耐撞性能,采用CWT双管结构,研究了动态冲击下窗格管的窗口几何参数如开窗的形状、矩形开窗的方向及面积、窗口的阵列数量对CWT结构耐撞性能的影响以及不同冲击速度下CWT结构的耐撞性能。最后研究了填充STF对CWT结构耐撞性能的影响,主要研究了STF的质量分数、STF的填充体积对结构耐撞性的影响以及特定质量分数的STF增稠效果最佳的冲击速度区间。具体的研究内容如下:（1）使用万能试验机分别对波纹管、CWT结构以及填充STF的CWT结构进行了准静态压缩实验,验证了本文提出的CWT结构较传统波纹管的吸能优势,分析了内管变形模式对CWT结构吸能特性的影响以及填充STF对CWT结构吸能特性的影响。（2）在Abaqus中建立了动态冲击下和准静态压缩下薄壁防撞结构的有限元模型并介绍了CEL的建模方法,将实验与仿真所得的力-位移曲线、吸能、初始峰值力以及结构的变形模式进行了对比,验证了本文仿真的正确性。（3）通过仿真采用控制变量的方法研究了动态冲击下波纹管的波纹参数即波长、幅值、壁厚对波纹管耐撞性的影响。（4）通过仿真研究了动态冲击下窗格管的窗口几何参数即窗口的开窗形状、矩形窗口的开窗方向、开窗面积、开窗的阵列数量对CWT结构耐撞性能的影响以及不同冲击速度下CWT结构的耐撞性能,讨论了结构的变形模式对吸能的影响。（5）通过仿真研究了动态冲击下填充STF对结构耐撞性的影响,主要研究了STF的质量分数、填充体积对结构耐撞性能的影响以及特定质量分数的STF增稠效果最佳的冲击速度区间,讨论了STF与结构内壁间的耦合作用对结构吸能的影响。
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