薄壁结构作为重要的吸能部件广泛应用于汽车、轨道交通、航空等领域,它能在发生碰撞时通过自身的压溃变形吸收大量冲击动能,从而有效减缓冲击载荷。研究薄壁结构的吸能特性,对汽车等交通工具的抗撞安全性具有重要意义。目前关于薄壁结构的抗撞性研究绝大部分是基于提高轴向吸能特性开展的,关于提高不同角度加载下薄壁结构吸能特性的研究十分欠缺。而实际碰撞中,完全的轴向碰撞发生的情况很少,更常见的情形是冲击载荷方向与吸能部件轴向方向之间存在一定的夹角。针对轴向加载提出的薄壁结构,尽管具有优异的轴向吸能特性,但是在斜向加载下不一定能表现出较好的吸能特性。本文以数值模拟方法为主,结合试验验证、理论分析和多目标优化方法,围绕提高薄壁结构在不同角度加载下的吸能特性展开了一系列的研究。在深刻理解不同角度加载下薄壁结构的压溃变形模式和吸能特性的基础上,提出了三种提高薄壁结构在不同角度加载下吸能特性的方法。具体研究内容如下:(1)研究了不同角度加载下泡沫铝填充方管的吸能特性。基于超折叠单元理论,提出了通过设计诱导结构提高泡沫铝填充方管在不同角度加载下吸能特性的方法。分析了诱导结构的类型(诱导凹槽、圆孔、四角方孔和半凹槽)和数量对泡沫铝填充方管吸能特性的影响。基于综合吸能特性评价方法,确定了最佳诱导结构类型和数量。利用抗撞性优化设计方法,优化了有最佳诱导结构类型和数量的泡沫铝填充方管的结构参数。(2)研究了不同角度加载下多胞方管的吸能特性。基于简化超折叠单元理论,建立了轴向加载下多胞方管的平均压溃载荷理论预测模型,并结合数值模拟方法对理论模型进行了验证。分析了胞数、壁厚和冲击载荷速度对多胞方管压溃特性的影响。基于等强度梁设计原理,从提高多胞方管在不同角度加载下吸能特性的角度出发,提出了沿管轴向方向强度逐渐变化的分层多胞方管结构。分析了层数、壁厚和冲击载荷速度对分层多胞方管压溃特性的影响。基于综合吸能特性评价方法,确定了在不同角度加载下具有最佳综合吸能特性的分层多胞方管结构,并分析了内部各层方管的壁厚对吸能特性的影响。利用抗撞性优化设计方法,优化了分层多胞结构各层方管的壁厚,提高了分层多胞方管在不同角度加载下的吸能特性。(3)研究了不同角度加载下多边形单管和双管结构的吸能特性。分析了内外管的相互作用、多边形管的边数和加载角度对吸能特性的影响。基于综合吸能特性评价方法,确定了在不同角度加载下具有最佳综合吸能特性的多边形双管结构。从提高双管结构在不同角度加载下吸能特性的角度出发,提出将均匀壁厚设计为沿管轴向方向壁厚梯度渐变的功能梯度壁厚双管结构。分析了内、外管的梯度指数和最小壁厚对吸能特性的影响。基于抗撞性优化设计方法,优化了功能梯度壁厚双管结构内、外管的梯度指数和最小壁厚。