薄壁筒体结构跌落冲击响应研究

发布时间：2017-08-26 11:33

  本文关键词：薄壁筒体结构跌落冲击响应研究

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【摘要】：薄壁筒体结构由于比相同截面的实心杆件弯曲强度及屈曲强度高很多，能够有效吸收冲击过程中的能量，被广泛应用于航空航天、核工业、化工工业、汽车、海洋码头以及军工业中。而这些管状构件往往管壁较薄，在撞击载荷下易发生局部凹陷变形，从而大大降低了整体的承载能力和屈曲强度。通过对薄壁筒体结构进行冲击载荷下的研究可以发现该结构的薄弱单元进而为进一步对其进行结构优化和设计提供了有效依据。 基于摆臂式跌落机、应变仪、惠思登电桥以及声控触发系统建立了跌落实验的应变测试系统，通过在薄壁筒体结构表面黏贴应变片，测试了该结构于不同工况（内空、填沙）和跌落参数（跌落高度）下发生水平跌落冲击时其结构表面的应变规律。得到了薄壁筒体结构在内空和填沙两种工况下结构表面轴向方向的应变规律和环向方向的应变规律。 为了尽量多的获取跌落过程中时间和空间上的连续结果，还采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对薄壁筒体结构进行跌落仿真分析，研究了结构在不同跌落条件下（跌落高度、跌落角度、筒体壁厚）的冲击响应规律，并分析该结构模型发生跌落冲击时其冲击响应参数（冲击应力、冲击加速度、冲击力）随跌落参数的变化规律，发现可以通过改变跌落姿态和适当增加壁厚来减小跌落冲击对该结构的破坏强度。通过对薄壁筒体结构在空壳和填沙两种工况下仿真结果的对比分析，发现模型的冲击响应规律在两种工况下基本相同，但是填充介质后模型发生跌落冲击时的应力、应变、冲击加速度等冲击响应参数值均有所增大，通过相同位置处加速度的实验值与仿真值的对比分析，，验证了仿真模拟的正确性。 最后，通过对薄壁筒体结构进行模态分析得到该结构各阶固有频率和不同固有频率下的振型，在实际应用中可以通过避免在其各阶固有频率下进行该类结构的使用，通过避免共振的发生来减轻对该结构的破坏。
【关键词】：金属薄壁筒体结构 跌落实验 应变 ANSYS/LS-DYNA
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB485.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.3 课题研究内容16-18
• 第2章 薄壁筒体结构跌落冲击实验研究18-44
• 2.1 引言18
• 2.2 应变测量技术及测量原理18-24
• 2.2.1 应变片及其测试原理18-19
• 2.2.2 惠斯登电桥及其测试原理19-21
• 2.2.3 应变仪及其使用方法21-22
• 2.2.4 摆臂式跌落机及声控触发系统22-24
• 2.3 实验设计24-27
• 2.3.1 应变片的黏贴及温度补偿25-26
• 2.3.2 实验步骤26-27
• 2.4 实验结果及数据分析27-42
• 2.4.1 空壳状态下轴向应变规律分析27-30
• 2.4.2 空壳状态下环向应变规律分析30-34
• 2.4.3 填沙状态下轴向应变规律分析34-38
• 2.4.4 填沙状态下环向应变规律分析38-41
• 2.4.5 跌落过程加速度分析41-42
• 2.5 本章小结42-44
• 第3章 薄壁筒体结构空壳工况下跌落仿真分析44-67
• 3.1 引言44
• 3.2 薄壁筒体结构跌落冲击模型44-47
• 3.3 薄壁筒体结构跌落数值仿真47-52
• 3.3.1 接触算法47-48
• 3.3.2 跌落冲击动态响应过程48-52
• 3.4 跌落高度对冲击特性的影响52-58
• 3.4.1 应变分析52-54
• 3.4.2 应力分析54-56
• 3.4.3 冲击力分析56-58
• 3.5 跌落角度对冲击特性的影响58-62
• 3.5.1 应力分析58-60
• 3.5.2 加速度分析60-61
• 3.5.3 冲击力分析61-62
• 3.6 壁厚对冲击特性的影响62-63
• 3.7 实验结果与仿真结果对比分析63-65
• 3.7.1 实验与仿真应变对比分析63-64
• 3.7.2 实验与仿真加速度对比分析64-65
• 3.8 本章小结65-67
• 第4章 薄壁筒体填沙工况下跌落仿真分析67-79
• 4.1 引言67
• 4.2 本构模型和材料参数67-68
• 4.3 仿真结果分析68-70
• 4.4 跌落高度对冲击特性的影响70-74
• 4.4.1 应变分析70-72
• 4.4.2 应力分析72-74
• 4.4.3 冲击力分析74
• 4.5 跌落角度对填沙模型冲击特性的影响74-76
• 4.5.1 应力分析75
• 4.5.2 加速度分析75-76
• 4.6 实验结果与仿真结果对比分析76-78
• 4.6.1 实验与仿真应变对比分析76-77
• 4.6.2 实验与仿真加速度对比分析77-78
• 4.7 本章小结78-79
• 第5章 薄壁筒体模态分析79-84
• 5.0 引言79
• 5.1 模态分析理论79-80
• 5.2 模态分析操作过程80-81
• 5.3 模态分析81-83
• 5.4 本章小结83-84
• 结论和展望84-87
• 参考文献87-90
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单90-91
• 致谢91

【参考文献】

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本文编号：741296