金属薄壁结构具有很好的吸能效果,在工程实际中被广泛作为吸能构件使用。通过金属薄壁结构自身及其与纤维增强复合材料,或多孔材料进行复合,构成轻质复合薄壁结构,有望进一步提升其吸能性能和效率。本文对三类轻质复合薄壁结构包括:多胞自锁薄壁结构、碳纤维增强复合材料(CFRP)增强薄壁结构,及泡沫填充薄壁结构在轴向加载下的能量吸收性能和力学行为进行了研究。基于试验、数值模拟和理论方法,得到了相关复合结构的吸能特性、复合增强机理和理论预测方法。首先提出了一类由开放式截面构成的多胞自锁薄壁结构,这类结构具有易制备、低成本、结构尺寸灵活、截面形式丰富等优点。通过对此类自锁结构进行轴向准静态和动态加载试验,明确了其吸能特性和变形机理,并基于有限元方法对各种影响因素的作用进行了分析。由于各构成单元在变形过程中相互制约自锁,有效提高了整体结构的能量吸收能力。基于理论分析模型,得到了静动态条件下结构平均载荷的理论预测公式,并与试验和模拟结果吻合良好。其次采用碳纤维增强复合材料(CFRP)对铝合金单胞和多胞管进行增强制备了相关试样,并对其在轴向加载条件下的吸能特性进行了静动态试验和数值模拟研究。基于试验和数值模拟方法,得到了不同截面形式、壁厚、碳纤维层数等因素对复合增强薄壁结构吸能特性的影响。研究表明碳纤维增强材料的层数越多,对金属薄壁结构能量吸收的增强效果越好。由于多胞管自身的吸能效率较高,CFRP对多胞结构性能的提升反而不如对空管的提升程度高。最后,本文对聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫(EPS)填充的铝合金管在轴向准静态和动态加载条件下的能量吸收性能进行了试验、数值模拟和理论分析。研究结果表明对于此类较低强度泡沫填充薄壁金属管的情况,其耦合效应带来的能量吸收与泡沫本身的能量吸收性能几乎相等。采用泡沫材料对多胞结构进行填充时,吸能效率的提升比单胞管更高。本文对这三类轻质复合薄壁结构的研究为进一步设计轻质高效的薄壁吸能构件提供了良好的理论依据和设计思路。