随着交通事故率的不断递增,吸能构件的耐撞性能在保障乘员生命与财产安全过程中发挥着越来越重要的作用。翻转管作为新式吸能结构在碰撞时具有高度的载荷稳定性以及能量吸收性能,但目前国内的相关研究应用却十分缺乏。基于对碰撞安全性的需要,本论文对翻转管的变形模式与吸能特性进行研究,对翻转式吸能元件进行结构设计,并最终将其应用于汽车吸能盒中。具体研究内容如下:(1)论述了自由翻转的变形模式与吸能机理。将翻转管与圆管、六边形管和多胞管的吸能特性进行对比,发现翻转管的主要吸能优势在于高度的载荷一致性,但有效压缩距离较短。另外对翻转变形模式的研究发现,圆环区宽度和加载速度均会对变形趋向性产生影响,管件材料会对变形稳定性产生影响。(2)提出二节翻转管变形可控的设计方案,通过引入倒角和采用变厚度使有效压缩行程最大化。提出二节与三节锥形翻转管的尺寸设计方程,该方程能够使锥形翻转管的有效压缩行程最大化,并通过数值模拟得到验证。另外通过倒角与变厚度进行三节直翻转管的结构设计。根据现有的翻管成型工艺给出了两种结构加工成型方案,为翻转管的实际工程应用提供技术支撑。(3)将翻转变形吸能模式应用到车用吸能盒的设计当中,利用前纵梁内部空间提高吸能盒的压缩行程。并通过在吸能盒中填充泡沫铝材料提高其斜向载荷下的变形稳定性,同时吸能量也得到提高。(4)对填充式吸能盒进行轴向抗冲击模拟试验。对于同一壁厚的翻转管来说,泡沫铝孔隙率增大,吸能量与压溃峰值力均线性递减。比吸能也随孔隙率增大而下降,但存在壁厚越小下降幅度越大的特点。同时还发现孔隙率为82.4%左右的泡沫铝填充结构其压缩力效率最高。(5)以一定压缩距离下的吸能量最大化、结构总质量最小化为优化目标,对填充式翻转吸能盒进行结构参数进行多目标优化。采用响应面近似模型,并通过第二代非支配排序遗传算法求得Pareto最优解,为结构设计提供参考。