吴明泽，张晓伟，钟贤哲，张庆明

(北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室， 北京 100081)

提 要:通过有限元数值方法及已有圆管膨胀试验对金属圆管膨胀的变形行为进行研究，研究发现圆管膨胀后的几何尺寸h和D1主要受圆管和压模初始几何结构参数影响，而受圆管材料和摩擦因数的影响较小；基于量纲分析，得到膨胀后圆管的几何尺寸h和D1与主要影响因素之间的量纲一关系式. 结合量纲一关系式与能量守恒定律，提出圆管稳态膨胀过程中稳态下压力的预测模型，模型中考虑了材料的应变强化效应和压模外径对膨胀管弯曲区域曲率的影响，结果表明该模型的预测值与试验结果、仿真结果能较好地吻合.

薄壁结构具有较高的比强度和比刚度，而且在受到冲击载荷作用时表现出良好的吸能特性. 因此，在抗冲击结构中得到广泛的应用[1-3]，如列车车厢之间的防冲击碰撞保护装置[4]. 其中，薄壁圆管的膨胀变形具有变形过程稳定、载荷平稳、对下压载荷方向不敏感等特点，而引起学者广泛关注[5]. 相关研究表明膨胀管的吸能性能不仅受圆管和压模的几何结构影响，同时圆管与压模接触表面的摩擦因数和冲击速度对此也有较大的影响[6-8]. 其中，膨胀稳态力作为反映圆管变形吸能性能的重要指标，对其建立相关的预测模型，将对膨胀管吸能装置的结构设计具有一定的指导意义. 许多学者将圆管膨胀后的侧截面简化为三条线段，并基于应力平衡对膨胀稳态力进行理论解析；……