不锈钢绳钩织烧结网管套合铝合金管制备工艺及轴向吸能特性

发布时间：2020-05-10 16:02

【摘要】：轻质、安全是防撞吸能结构在交通运输领域中两个首要目标,如何在低的压溃初始峰值条件下实现结构高吸能能力对于吸能结构至关重要。本文提出了一种新型防撞吸能复合结构—金属绳钩织烧结网管(C)与6063薄壁管(T)层状复合结构,研究其在静、动态载荷条件下的轴向压溃行为及吸能特性。本文以绳径0.5mm的7*7结构多股超细软304不锈钢丝绳为基材通过同向短针环形钩织的方法制备钩织柔性网管,再经1330℃真空固相烧结获得具有一定刚性的钩织烧结网管。该钩织烧结网管具有多种形式的烧结颈、孔隙结构呈均匀规则排列等特点。通过准静态轴向压缩和落锤冲击实验研究了钩织烧结网管轴向压溃行为和吸能特性。研究表明钩织烧结网管具有较长的吸能平台,平台长度达结构总长度的70%以上,载荷效率高,超过66%,具有优良的吸能特性,但由于其载荷能力较弱,不适宜作为独立构件进行吸能应用,是优良的吸能结构组件。通过准静态轴向压缩和落锤冲击实验对6063铝合金薄壁管的轴向压溃行为和吸能特性进行研究,实验表明6063铝合金薄壁管的载荷呈锯齿形波动,承载能力较好,具有一定的吸能能力,但结构的载荷效率远不及钩织烧结网管,与钩织烧结网管相比降低24%。因此为充分发挥两者的吸能优势,本文提出了将钩织烧结网管与6063铝合金薄壁管复合形成更具综合优良吸能特性的复合结构。钩织烧结网管与6063铝合金薄壁管通过过盈套合形成4种不同复合形式的层状复合结构,即外复合管(TC)、内复合管(CT)、夹薄壁复合管(CTC)与夹网芯复合管(TCT)。比较复合结构、钩织烧结网管和6063铝合金薄壁管轴向吸能特性,研究网管与薄壁管相互作用下复合结构的吸能及复合方式对复合管吸能、变形模式的影响。研究表明,四种复合管都在一定程度提高了结构的有效吸能量、承载能力、载荷效率。在准静态轴向压缩下,四种复合结构的吸能量提高了8.7%-58.8%,承载能力提高了19.3%-73.3%,载荷效率提高了10.51%-23.96%,其中有效吸能量、结构承载力增量最大是TCT结构,载荷效率增量最大的是CTC结构。四种复合结构中存在较强的相互作用效应。复合结构的有效吸能量大于相应组成单管的吸能量之和,在准静态轴向压缩下,四种复合结构的有效吸能量比相应组成单管吸能之和增加了6.85%-12.04%,其中CTC结构的相互作用效应最显著。通过落锤冲击实验研究了钩织烧结网管、铝合金薄壁管和四种复合结构的轴向冲击吸能特性,研究表明复合形式会显著影响结构的变形模式和吸能能力。四种复合结构中TCT结构的承载能力和能量吸收量最大,CTC结构的载荷效率最高,而且CTC结构实现了结构的承载能力增强、结构的有效吸能增加、初始冲击峰值力降低三者有效融合作用,具有优良的吸能效果。本文还讨论了冲击速度对结构变形模式、吸能特性的影响,结果表明CTC、TCT结构的载荷效率随着冲击速度的增加而增加,载荷效率越高,吸能效果越好,防撞性能越好,充分体现了这两种复合结构在冲击防撞领域的优越性。经过上述静动态实验研究,钩织烧结网管可以实现低压溃峰值状态下增强6063铝合金管吸能,这种层状复合管可为防撞领域的吸能结构优化提供一种新方案。
【图文】：

防护栏,能量吸收,车身结构,波形梁

a） b）图 1-1 能量吸收结构的应用，a）车身结构，b）防护栏系统Fig.1-1 Application of energy absorption structure, a) body structure, b) guardrail system能量吸收结构还可运用于高速公路的安全防护，尤其在交叉口和急转弯等事发的交通黑点安装特殊设计的能量吸收装置对减小事故危险具有重要意义。用的防护栏系统为波形梁防护系统如图 1-1b）所示，当车辆与之发生碰撞时，护系统能能通过波形梁的变形和立柱的变形耗散碰撞的动能。早期的波形梁护于存在未经加工的钝头，在发生交通事故时容易使车辆的乘客室被刺穿。后来学者对这方面做了优化研究。Bank[3]、Ando[4]等人都进行了许多关于防护栏系能的研究，Hui[5]等人通过缩小尺寸模型分别研究了系统中波形梁和立柱之间的分配，开发了一种简单的质量弹簧模型评估 W 形防护栏系统的冲击载荷动态。能量吸收结构应用于工业事故的防护，比如在采矿、建筑、农业机械等行

锥管,薄壁管,圆管,仿生结构

广东工业大学硕士学位论文理（侧壁打孔[34]、开槽[35]、折仿生结构[37, 38]）等开展大量防撞实验研究中引入有限元将主要从上述几个方面简要如图 1-2 所示的圆管-锥管结模式的影响，研究表明该组
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21

【参考文献】