带槽薄壁结构吸能特性研究

发布时间：2017-07-18 00:23

  本文关键词：带槽薄壁结构吸能特性研究

  更多相关文章： 薄壁结构 吸能 刻槽 轴向载荷 数值模拟

【摘要】：金属薄壁构件作为最传统、最有效的缓冲吸能结构,在汽车、轨道交通、航空航天等领域中被广泛应用。已有研究结果表明,金属薄壁构件吸能特性的影响因素除自身的材料特性外,还与管壁厚度、结构长度、横截面形状和填充材料等参数密切相关。另外,随着工程应用领域对吸能器件性能的要求越来越高,单纯的金属薄壁构件已不能满足工程需要,各种预置塑性铰、填充结构和新材料的薄壁构件,已经被广泛应用。所以,研究薄壁构件的吸能特性与这些因素之间的关系已成为薄壁吸能结构优化的重要环节。本文在详细论述薄壁吸能结构的发展历程、研究背景和意义的基础上,阐述了薄壁吸能结构的吸能发生机理、工程应用实践和国内外研究现状,梳理了在薄壁吸能结构方面的理论知识、数值模拟和实验原理,并基于ANSYS/LS-DYNA平台,研究具有预置塑性铰和填充泡沫铝薄壁圆管结构的能量吸收特性及其影响因素,并对其进行结构优化。首先确定薄壁圆管的材料和几何参数,运用有限元软件建立数值模型并开展模拟计算,与理论公式进行对比验证。在验证薄壁圆管模型的基础上,对预设单个圆弧凹槽薄壁圆管在不同刻槽深度、刻槽位置、圆管长径比和径厚比等条件下,分析不同参数对薄壁圆管吸能特性的影响,总结归纳了吸能变化规律。在预设单个凹槽薄壁圆管数值模拟分析的基础上,分别在薄壁圆管外壁、内壁和内外交错预设多个圆弧凹槽,分析不同刻槽类型和冲击速度对吸能特性的影响。研究结果表明：不同刻槽形式对薄壁圆管吸能量影响很大；相同条件下,内壁刻槽比外壁刻槽能够更多地降低初始压溃载荷。为进一步提高吸能效率,在三种刻槽类型中分别优选一个薄壁结构进行金属泡沫铝填充,研究泡沫铝密度、冲击速度、填充结构与金属薄壁之间相互作用对吸能特性的影响。研究结果表明：填充泡沫铝的薄壁圆管吸能量与泡沫铝密度成正比；在相同泡沫铝密度条件下,冲击速度对薄壁圆管的吸能量影响不明显。
【关键词】：薄壁结构 吸能 刻槽 轴向载荷 数值模拟
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG14;TB383.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 研究的背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 薄壁圆管吸能结构11-15
• 1.2.2 具有填充材料的吸能结构15-16
• 1.2.3 多边形管的吸能结构16-17
• 1.3 评价吸能结构吸能特性的主要参数17-19
• 1.3.1 吸能量17-18
• 1.3.2 初始峰值载荷18
• 1.3.3 平均压溃载荷18
• 1.3.4 比吸能18
• 1.3.5 载荷一致性18-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-20
• 第二章 数值模型建立与验证20-26
• 2.1 引言20
• 2.2 ANSYS/LS-DYNA软件介绍20-22
• 2.2.1 ANSYS/LS-DYNA理论基础20-21
• 2.2.2 ANSYS/LS-DYNA求解流程21
• 2.2.3 ANSYS/LS-DYNA基本算法21-22
• 2.3 薄壁圆管数值模型建立与参数选择22-23
• 2.3.1 薄壁圆管的几何参数22-23
• 2.3.2 有限元数值模型的参数选择23
• 2.4 模型验证23-24
• 2.5 本章小结24-26
• 第三章 单个圆弧刻槽结构对薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 刻槽深度对吸能特性的影响26-27
• 3.3 刻槽位置对吸能特性的影响27-30
• 3.4 长径比对吸能特性的影响30-31
• 3.5 径厚比对吸能特性的影响31-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 多个圆弧刻槽结构对薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响34-57
• 4.1 引言34
• 4.2 外壁刻槽数量对吸能特性的影响34-38
• 4.3 内壁刻槽数量对吸能特性的影响38-42
• 4.4 内外交错刻槽对吸能特性的影响42-45
• 4.5 冲击速度对吸能特性的影响45-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第五章 填充泡沫铝对薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响57-68
• 5.1 引言57
• 5.2 材料模型参数选择57-60
• 5.3 模型验证60-62
• 5.4 泡沫铝密度对吸能特性的影响62-64
• 5.5 撞击速度对填充泡沫铝结构吸能特性的影响64-67
• 5.6 本章小结67-68
• 第六章 总结和展望68-71
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-77
• 攻读学位期间发表论文及参加科研工作情况77

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本文编号：555270