复合材料薄壁管件的吸能特性与数值模拟

发布时间：2020-09-01 15:08

　　 薄壁管件结构是汽车,船舶和航天飞机等交通工具的防撞结构的主要组成元件,目前的防撞结构主要是铝合金薄壁管件结构,但是越来越多的学者开始把玻璃纤维复合材料和泡沫铝等新型材料引入到薄壁管件结构中以进一步提高薄壁结构的防撞性能。本文在前人研究的基础上,对纤维增强薄壁圆锥管/方形管件和泡沫铝填充纤维增强薄壁圆锥管/方形管件的吸能特性进行了研究;复合材料薄壁管件结构吸能特性的研究采用解析模型与有限元模拟结合的方法。首先,我们建立了纤维增强薄壁圆锥/方形管件轴向压溃的解析模型和泡沫铝填充纤维增强薄壁圆锥/方形管件轴向压溃的解析模型,并根据现有的复合材料薄壁管件压溃的实验数据对解析解的准确性进行验证。以往学者的研究表明薄壁管件压溃的解析模型在研究薄壁管件吸能特性时具有非常重要的作用,它可以帮助我们定性地分析复合材料薄壁管件结构的吸能特性,节省实验成本和时间。其次,本文建立了纤维增强薄壁圆锥/方形管件轴向压溃的有限元模型和泡沫铝填充纤维增强薄壁圆锥/方形管件轴向压溃的有限元模型,并根据现有的复合材料薄壁管件压溃的实验结果对有限元模型的准确性进行验证。有限元仿真主要用来弥补目前所缺少的复合材料薄壁管件压溃的实验数据,以进一步验证解析模型的准确性;同时,有限元仿真也有助于我们深入研究复合材料薄壁管件的吸能特性,如高速冲击时,材料应变率的变化以及应变率效应对薄壁结构吸能缓冲能力的影响。最后,本文采用解析模型和有限元仿真模拟分析了纤维铺设角度、纤维层厚度、泡沫铝密度、圆锥管底角和加载速度等因素对复合材料薄壁管件吸能缓冲能力的影响,并根据其吸能特性提出相应的优化措施以使复合材料薄壁管件结构的吸能缓冲能力达到最大。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TB33

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本文编号：2809897