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薄壁圆形铝管的准静态轴向压缩变形规律的研究
aa,*b
S.R.Guillowa,G.Lua,R.H.Grzebietab
(a斯威本科技大学,工程与科学学院，218邮箱，霍索恩区，维多利亚3122，澳
大利亚
b莫纳什大学，土木工程系，克莱顿区，维多利亚3168，澳大利亚）
收稿于2000年10月5日；修订版收稿于2001年3月26日
摘要
本文通过实验对薄壁圆管的轴向压溃问题进行了深入的研究。其中，薄壁管
材料选用牌号为6060-T5的铝质圆管，并对其进行了共计70余次的压缩测试实
验。通过试验结果，将参数D/t参数的范围扩大到10~450。同时，发现了高径比
L/D小于等于10的失效模式，并且建立了失效模式图。本文建立了一个经验公
⁄(⁄)0.32
式，ᵃᵄ=72.3ᵃᵆ，用来预测平均载荷值。从实验结果可知，不论在对
avᵅ
称还是非对称变形模式下，平均载荷随相应结构参数的变化规律为线性单一曲线。
根据现有理论和我们得出的试验结果，综合对比分析了平均载荷值FAv，发现现
有的理论公式仍有一些不足，这意味着我们需要做更多的理论研究工作。我们发
现F/FAv数值基本上随着D/t数值的升高而增长。同时，对填充不同密度聚氨
ｍａｘ
酯对铝管压溃性能的影响及规律进行了简要的讨论。。
关键词：轴向压缩；圆管；泡沫；塑性溃缩；薄壁管
0.简介
薄壁金属管在承受轴向压力时的变形规律进行了多年研究。这些薄壁管件经
常被用作重要的吸能部件，Reid已经提出了一种关于薄壁管结构轴向压溃变形
机制的普遍观点。图1给出了在准静态加载条件下的典型力-位移曲线。通常来
说，最初轴向载荷值会随着压溃的进行一直增加，直至在最大载荷F作用下
ｍａｘ
形成第一个褶皱。初始褶皱的行为我们已经很熟悉，这里不再做深入研究。然而，
几何参数例如壁厚系数D/t，高径比L/D和材料特性的不同，可能出现一系列不
同的变形模式。通常，管件变形包括塑性铰的屈曲和渐进褶皱的形成（无论是在
对称还是非对称情况）。这些褶皱的形成引起了图1中载荷波动的出现。这种塑
性失效行为是本文的研究重点。
术语
D平均直径
F平均碰撞力
Av
F第一个峰值的最大轴向力
ｍａｘ
g重力加速度
H褶皱的半波长
L长度
Mp管壁单位长度的全塑性弯曲力矩
m几何偏心率——外翻褶皱长度与总褶皱长度的占比
N在非对称模式中褶皱的叶数
R平均半径
t管壁厚度
V维氏硬度值（Kg/mm2）
ᵯ有效碰撞距离
e
ᵰ泡沫密度
f
б屈服应力
0
б0.2%弹性极限应力
0.2
б最终拉伸应力
ult
Fig.1.Typicalload-deflectioncurveforanaxiallyloadedthin-walledmetaltubewhichcollapsed
byprogressive
Fig.2.Examplesofvariouscollapsemodesforthin-walledcircular6060-T5aluminiumtubes
underaxialloading(moreexamplesshowninFig.11):(a)axi-symmetricmode(D=97.9mm,
t=1.9mm,L=196mm);(b)non-symmetricmode(D=96.5mm,t=0.54mm,L=386mm);(c)
mixe
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