Axial crashworthiness analysis of aluminum alloy hierarchical honeycomb-filled structures with corrugated configurations

GAO Dawei; YU Wenbo; LIU Zhe; WANG Mingjie; LI Hui

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.004

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Axial crashworthiness analysis of aluminum alloy hierarchical honeycomb-filled structures with corrugated configurations

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2026-04-15

- Axial crashworthiness analysis of aluminum alloy hierarchical honeycomb-filled structures with corrugated configurations
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 4, Pages: 30-38(2026)
- 作者机构：
  
  上海理工大学机械工程学院，上海 200093
- 作者简介：
  
  LIU Zhe, E-mail: zheliu@foxmail.com
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52405283;52175239)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.004
  CLC： U463.83
- Received：29 July 2024，
  
  Revised：2024-09-16，
  
  Published：15 April 2026
- 稿件说明：
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高大威，于文博，刘哲，等. 波纹型铝合金分层蜂窝结构轴向耐撞性分析［J］. 机械强度，2026，48（4）：30-38.

GAO Dawei，YU Wenbo，LIU Zhe，et al. Axial crashworthiness analysis of aluminum alloy hierarchical honeycomb-filled structures with corrugated configurations［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：30-38.
高大威，于文博，刘哲，等. 波纹型铝合金分层蜂窝结构轴向耐撞性分析［J］. 机械强度，2026，48（4）：30-38. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.004.

GAO Dawei，YU Wenbo，LIU Zhe，et al. Axial crashworthiness analysis of aluminum alloy hierarchical honeycomb-filled structures with corrugated configurations［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：30-38. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.004.

摘要

目的

针对汽车吸能盒结构在碰撞载荷下面临的初始峰值压溃力过高与能量吸收效率不足的问题，提出一种新型波纹结构分层蜂窝填充管（Hierarchical Honeycomb-Filled Tube

HHFT），旨在通过结构优化设计提升其轴向耐撞性能。

方法

首先，构建HHFT的有限元模型，分析圆形、三角形及矩形3种波纹形态对结构耐撞性的影响；其次，通过对比常规蜂窝填充管与波纹结构HHFT的力-位移响应与吸能特性，验证波纹槽设计对峰值压溃力的削减作用；然后，系统研究外壁厚度、第0阶与第1阶蜂窝壁厚等关键几何参数对结构比吸能、初始峰值压溃力及压溃力效率的影响规律；最后，结合Kriging模型与非支配排序遗传算法二代（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ

NSGA-Ⅱ），以诱导槽形态与厚度为设计变量开展多目标优化，获得兼顾高吸能与低峰值力的优化构型。

结果

结果表明，三角形波纹分层蜂窝填充管的初始峰值压溃力较常规填充管降低约36.2%，比吸能提升11.3%，压溃力效率提高至0.89；外壁厚度对初始峰值压溃力起主导作用，第1阶蜂窝壁厚对能量吸收贡献显著，而第0阶壁厚影响较小；优化后结构在保证质量不变的条件下，耦合效应吸能占比最高达16.67%，整体耐撞性显著提升。

Abstract

Objective

To address the issues of excessive initial peak crushing force and insufficient energy absorption efficiency of automotive crash boxes under impact loading

a novel hierarchical honeycomb-filled tube with corrugated configurations was proposed to enhance its axial crashworthiness through structural optimization.

Methods

Firstly

finite element models of hierarchical honeycomb-filled tubes were established to analyze the influence of three corrugation patterns (circular

triangular

and rectangular) on crashworthiness. Secondly

the force-displacement responses and energy absorption characteristics of conventional honeycomb-filled tubes and corrugated hierarchical honeycomb-filled tubes were compared to validate the peak force reduction effect of corrugation design. Then

the effects of key geometric parameters

including outer wall thickness

0-order and 1-order cell wall thicknesses

on specific energy absorption (SEA)

initial peak crushing force (IPCF)

and crushing force efficiency (CFE) were systematically investigated. Finally

multi-objective optimization was performed using the Kriging model and NSGA-Ⅲ algorithm

with corrugation shapes and wall thicknesses as design variables

to achieve an optimal configuration balancing high energy absorption and low peak force.

Results

The results show that the triangular corrugated hierarchical honeycomb-filled tube reduces the IPCF by approximately 36.2%

increases the SEA by 11.3%

and improves the CFE to 0.89 compared to the conventional tube. The outer wall thickness plays a dominant role in determining the IPCF

while the 1-order cell wall thickness contributes significantly to energy absorption

and the effect of the 0-order cell wall thickness is relatively minor. Under constant mass

the optimized structure achieves an interaction energy absorption ratio of up to 16.67%

demonstrating substantially enhanced overall crashworthiness.

关键词

Keywords

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