本文主要研究單層方管預折式吸能構件的吸能特性。生產和實驗過程中使用的方管預折式吸能裝置的相關參數如圖所示。

Figure3 Dimensions of the square tube pre-folded energy absorption device

預折方筒的設計思路來源于折紙，其斜折角度的變化對應著筒壁板的形狀和筒體高度的變化。由于預折方筒的變形是一種固定的模式和可預測的，因此可以通過研究其幾何關系、材料特性和預折方筒結構的屈曲特性之間的關系，將其作為一種可參數化的吸能構件加以應用。

數值模擬中，采用密度、彈性和塑性來描述材料的強度/應變準則，器件的尺寸和材料與試驗結果一致。在裝置頂部設置一個向下位移的剛性板，以代替壓縮剛性板，其位移速度與試驗加載速度一致。在該裝置的底部設置一個固定的剛性板。器件和剛性板為摩擦接觸關系，摩擦系數為0.4。能量吸收裝置采用的鋼密度為7650kg/m3，彈性模量為207GPa，泊松比為0.3，屈服強度為1000MPa，極限強度為1100MPa。模型劃分了7536個網格單元。數值模型如圖所示。

Figure5 numerical simulation model

3.2 Test curve

防沖吸能構件壓縮過程的荷載位移曲線如圖6所示，呈上下波動的“W”型。構件屈服荷載為4966.8 kN，變形過程中最小承載力為2539.4 kN，平均讓位承載力為3576.2 kN。

Figure 6 . Force - displacement curve of test

構件初始發生彈性變形，承載力迅速上升，變形較小。緊接構件中部折紋區域首先發生變形，外凸與內凹折紋受擠壓分別向外向內變形，構件上半部發生潰縮，同時折疊區域產生堆疊變形。上部端口內收折疊后，構件下半部開始潰縮直至整個構件完全壓潰。證明了該構件有穩定的變形吸能過程。

試驗和數值模擬的力-位移曲線對比圖如圖7所示。分別取曲線的峰值谷底為關鍵點進行分析。第一個曲線上升段試驗和模擬的峰值分別為：4966405N、4815311N，差值為3.0%。第一個曲線下降段試驗和模擬的谷底分別為：2557452N、2438766N，差值為4.6%。第二個曲線上升段試驗和模擬的峰值分別為：3769536N、4459408N，差值為15.5%。總的來說，兩組的波動趨勢基本一致，極值位置的最大誤差也在試驗值的20%以內。

Figure9 . Error at the extreme position of the force-displacement curves

雖然現場實驗和數值模擬得到的力-位移曲線趨勢大致相同，但現場實驗中由于鋼材再加工過程中的彎曲和過熱，局部材料性能發生了變化，而數值模擬中的材料性能都是統一的，進而導致曲線不能完全一致。因此，為了深入探討現場實驗和數值模擬得到的力-位移曲線的差異原因，通過改變不同區域的材料特性，得到方形預折疊吸能結構各個部分材料屬性改變對力-位移曲線的影響。