一、 研究目的及意义（含国内外现状分析）

1.1研究背景

自汽车诞生以来，安全问题一直是汽车研发的重点方向。全世界每年因为安全事故而造成的伤亡人数达到数千万，占据交通工具中第一名，给社会及乘员家人带来了巨大的损失。随着社会的发展和进步，近些年来，我国汽车保有量不断增长，但在高速增长的背后，也藏着巨大的隐患和危机。各种交通事故发生率迅猛增长，在这些交通事故中包括正面碰撞（完全重叠和偏置碰撞)、侧面碰撞、追尾碰撞和滚翻。根据公安部交通管理局数据，在交通事故中，正面碰撞和侧面碰撞在交通事故中占比较高，翻滚等破坏形式出现较少。汽车碰撞安全性本身作为汽车设计的重要内容，愈加引起消费者的重视。我国是世界上主要的汽车生产国和消费国，同时也是交通事故发生最多的国家，因此，完善安全汽车性能，提高汽车驾乘安全性，保护车内人员显得极其重要。汽车安全性已经成为车企研发和消费者关注的重中之重。其中，耐撞性设计决定了汽车的碰撞安全性。

薄壁梁是汽车常用梁结构，因此强度高，质量轻，吸能效果好（碰撞时结构破坏而吸能）等特点，在汽车车身得到广泛应用。在汽车碰撞时可以起到吸能、缓冲的作用，是车身安全性设计中的重要环节。薄壁梁是车身前部保险杠系统的重要组成部分，其在结构方面从传统的方型梁、圆型梁到现在应用广泛的帽型梁，发展到逐渐采用的多边形、多胞结构甚至泡沫填充结构。其形式多种多样，在发展中不断完善，是汽车碰撞中主要的吸能元件，为车身的保险杠系统性能完善起决定性作用。汽车碰撞时过相关结构的变形、失效来吸收能量，减少碰撞产生的冲击力，从而保护车上人员的安全。汽车正面碰撞过程中主要的吸能部件是汽车保险杠系统，通常由保险杠、前防撞横梁、吸能盒、前纵梁组成，其均为薄壁结构。因此，对薄壁梁的结构优化在汽车安全性尤其是抗撞性能的提升意义重大。

薄壁梁是车身前部保险杠系统的重要组成部分，其在结构方面从传统的方型梁、圆型梁到现在应用广泛的帽型梁，发展到逐渐采用的多边形、多胞结构甚至泡沫填充结构。其形式多种多样，在发展中不断完善，为车身的保险杠系统性能完善起决定性作用。

1.2国内外现状

1.2.1国外研究现状

自美国1979年最早采用NCAP体系—NewCar Assessment Program，即新车评价规范以来，汽车安全性越来越被广大消费者所重视。在汽车碰撞过程中，薄壁梁通过变形、失效等形式吸收能量，以减小碰撞所产生的冲击力,保护车内人员安全。薄壁梁轴向平均压溃力的预测研究在二十世纪六十年代就已开始，1960年,Alexander J.M首先建立了预测薄壁圆管构件轴向溃缩变形特性的理论模型，对圆形薄壁梁轴向压溃过程进行分析，是薄壁梁简化模型构建的奠基者。随后，T.Wierzbieki、W.Abramowicz等人对方型和帽型梁结构进行系统性的研究，建立了轴向压溃时基本折叠单元的简单模型，并提出超折叠单元理论，基于该理论可通过梁截面的几何尺寸和材料属性等预测计算出薄壁梁在压溃过程的平均压溃力和折叠单元的长度。后人在前人的基础上进一步研究，M.D.White等基于超折叠单元理论和能量守恒定律得到单一厚度低碳钢帽型结构的准静态轴向压溃力公式。并在之后的研究中得出应变率对帽型梁动态变形的影响规律，总结出动态轴向压溃力理论公式。Fyllingen、Hopperstad等对单帽型薄壁梁轴向压溃的稳定性与材料的关系进行了研究,评估了材料属性对薄壁梁碰撞力的影响。还有部分学者对泡沫状填充结构的矩形截面薄壁梁压溃过程进行数值模拟，研究泡沫填充薄壁梁的抗撞性能，提出汽车前纵梁轻量化的方法。

前人虽进行了较多的研究，也取得了很多成果。但由于梁的截面形式多样，不同壁厚、不同材料等对梁的压溃吸能情况影响较大，无法满足工程中在设计之初对不同梁的强度和吸能情况进行预测的需求。

1.2.2国内研究现状