This paper presents further experimental investigations into axial compression of thin-walled circular tubes, a classical problem studied for several decades. A total of 70 quasi-static tests were conducted on circular 6060 aluminium tubes in the T5, as-received condition. The range of D/t considered was expanded over previous studies to D/t=10–450. Collapse modes were observed for L/D⩽10 and a mode classification chart developed. The average crush force, FAV, was non-dimensionalised and an empirical formula established as FAV/MP=72.3(D/t)0.32. It was found that test results for both axi-symmetric and non-symmetric modes lie on a single curve. Comprehensive comparisons have been made between existing theories and our test results for FAV. This has revealed some shortcomings, suggesting that further theoretical work may be required. It was found that the ratio of FMAX/FAV increased substantially with an increase in the D/t ratio. The effect of filling aluminium tubes with different density polyurethane foam was also briefly examined.

The in-plane dynamic behaviour of hexagonal aluminium honeycombs has been studied in this paper by means of finite element simulation using ABAQUS. The influences of honeycomb cell wall thickness and impact velocity on the mode of localised deformation and the plateau stress are investigated. Deformation modes in the X1 direction change significantly with different values of cell wall thickness and impact velocity. Three deformation modes are observed. They are summarised in a mode classification map and two empirical formulae are obtained for critical velocities at which deformation mode changes. Two deformation modes are observed in the X2 direction. The plateau stresses are related to the cell wall thickness by a power law for a given velocity and they are proportional to the square of velocity for a high velocity. An empirical formula for plateau stress at high impact velocities is derived in terms of the cell wall thickness and velocity.

This research proposes a novel bio-inspired bi-directional gradient hierarchical multi-cell (BGHM) structure for efficient energy absorption. Its dynamic crushing performance and energy absorption behaviours are comprehensively investigated through numerical simulations and theoretical analysis. Extensive numerical simulations are conducted on the proposed BGHM structure with varying hierarchical orders and masses. The obtained results demonstrate that the specific energy absorption of the third-order BGHM tube is significantly improved, exhibiting a 110% increase compared to the zero-order BGHM tube. Additionally, the undulation of the loading resistance of the third-order BGHM tube decreased by up to 93.0% when compared to a conventional square tube, highlighting the tremendous potential of BGHM tubes for the development of highly effective energy absorbers. In addition, a new trigger mechanism using the pre-crushing method can eliminate the initial peak crushing force of the BGHM, demonstrating the promising potential of triggers in optimizing the crashworthiness of energy absorbers. Furthermore, a comparative analysis reveals that the specific energy absorption of the BGHM outperforms other existing hierarchical multi-cell square tubes in literature. This underscores the superior energy absorption capabilities of the proposed BGHM. To complement the numerical findings, a theoretical study on the proposed BGHM's mean crushing force is carried out. The results from this theoretical study show excellent agreement with the numerical results and further validate the efficacy of the proposed design. The findings indicate that the bio-inspired bi-directional gradient hierarchy incorporated in the BGHM structure offers promising prospects for advancements in energy absorption technology across various industries.

This study unveils a novel interaction effect in the foam-filled CFRP tapered tubes that enhances their specific energy absorption (SEA), challenging the conventional understanding that foam fillers decrease the SEA of structures like foam-filled CFRP straight tubes and foam-filled metal tapered tubes. Quasi-static axial compression tests were conducted on foam-filled CFRP tubes with varying taper angles (0°, 5°, 10°, 15°) to confirm and quantify this newfound interaction effect. The energy absorption characteristics and interaction effect due to the foam filler in the foam-filled CFRP tapered tubes were thoroughly evaluated and compared to 3D-printed 316L stainless steel tubes and unfilled CFRP counterparts. Contrary to expectations, our results indicate that the foam-filled CFRP tubes consistently outperform both steel and unfilled CFRP tubes in energy absorption. Intriguingly, the CFRP foam-filled tapered tubes in this study demonstrated higher SEA compared to CFRP tubes without foam filler, underscoring the remarkable effectiveness of CFRP materials in foam-filled tapered tube applications. Our comprehensive interaction effect analysis highlights the substantial contribution of the unique synergy between the foam filler and the debris of the CFRP tapered tube to this increased SEA. Additionally, we propose a novel hybrid design that integrates straight and tapered CFRP tubes with foam fillers, leveraging the newfound interaction effect to further enhance the energy absorption of tapered tubes. This research not only emphasizes the advantages of foam fillers in enhancing CFRP tapered structures but also introduces innovative possibilities for energy absorption applications across various industries.

This study assessed the impact response of 3D-printed textile-reinforced concrete for structural applications of 3D concrete printed structures, where impact is a significant load case. To study the impact response, two layers of AR-glass and two layers of carbon textile-reinforced 3D-printed high-strength concrete panels were investigated experimentally under low-velocity impacts from drop weights, respectively. The effect of textile reinforcement on the impact behaviour was compared with unreinforced printed specimens. The specimens were subjected to increasing levels of impact load until the failure was observed. The effect of textile reinforcement on the impact resistance, cumulative energy absorption capacity and failure pattern of printed specimens were investigated and compared with their mould-cast counterparts. To understand the effect of textile reinforcement on the printed and mould-cast panel specimens, a quasi-static flexural test was performed to evaluate the load vs deformation behaviour. The test results from the quasi-static flexural test showed that the incorporation of textile reinforcement improved the first crack strength by about 40 % and enhanced post-peak behaviour for both printed and mould-cast specimens. Further, providing carbon textile reinforcement significantly improved the impact resistance by 75 % when compared to AR glass textile-reinforced specimens due to the higher stiffness and better strain-hardening behaviour. Moreover, the effect of textile reinforcement on enhancing the energy absorption capacity of 3D-printed specimens was more evident at higher impact velocities. The cumulative energy absorption capacity of carbon textile-reinforced specimens was observed to be 60 % higher compared to AR glass textile-reinforced specimens. During high-velocity impacts, the textile reinforcement was observed to improve damage distribution by enhancing the bridging between the interlayers. The damage condition at failure showed that AR-glass textile-reinforced printed and mould-cast specimens showed severe punching failure on the compression face and widened cracks and spalling on the tension face. However, carbon textile reinforcement enhanced the impact resistance, thus showing multiple cracks and reduced spalling on the tension face even after multiple impacts. Overall, the impact performance of 3D-printed textile-reinforced concrete panels showed high-level impact resistance.