某车辆高强度螺栓结构防护性能研究

发布时间：2020-05-30 19:52

【摘要】：在军事战争中,军队使用的车辆经常使用到高强度螺栓进行连接,但车辆螺栓在地雷爆炸工况下容易造成脱落,螺栓失效后对车身结构以及车辆防护能力具有重大影响,因此研究车辆高强度螺栓结构的防护性能对提高车辆防护能力具有重大且深远的意义。以某军用运输车辆为研究对象,通过以螺栓结构设计准则、螺栓建模仿真方法、爆炸理论、整车爆炸仿真以及整车爆炸试验为基础,研究螺栓对军用车辆防护性能的影响以及如何选用高强度螺栓和优化高强度螺栓结构的防护性能。主要研究过程如下:首先,将高强度螺栓预紧力计算方法以及设计标准作为理论依据,对螺栓有限元建模方式以及螺栓预紧力的施加方法进行研究,得出在该防护型车辆模型中,使用实体单元建模模拟螺栓和采用预应力法代替螺栓预紧力最为合适。接着,以约束方形靶板为例,比较常用爆炸仿真算法ALE和SPH的优缺点,得出了最适合于整车爆炸仿真算法ALE;对整车重要防护材料,如防弹钢板和超高强钢等进行霍普金森拉杆试验,得到材料的J-C本构模型,其它材料使用弹塑性模型。此外,通过对整车进行有限元建模并计算,将计算得到的假人响应、加速度响应和车身破坏形态与整车爆炸试验对比分析,得出螺栓的失效对整车的防护性能具有重大影响,详细分析了副车架螺栓断裂失效时序及失效时的力学性能,并对副车架螺栓重新选择。最后,基于多目标优化算法,对高强度螺栓连接的防护组件进行优化设计,将优化后的防护结构进行爆炸仿真,并与试验对比,验证了优化后螺栓连接的防护组件结构提高了车辆的防护性能。
【图文】：

仿真算法

快速传播的应力波会对车辆底部防护结构造成破坏，甚至伤害乘员［１５］。地雷爆炸过程极逡逑为短暂，，从爆炸开始到造成车身结构损坏和假人损伤只需要数毫秒，一般的线性分析难逡逑以实现这一过程，随着计算机技术快速推进，各种软件也衍生了新型算法，在动力学软逡逑件ＬＳ－ＤＹＮＡ中，主用于各种非线性仿真分析，特别是爆炸冲击等仿真技术非常成熟。逡逑国内外许多研宄人员对此作出了卓越的贡献，王飞［１６］在考虑板壳结构材料动态特性和结逡逑构非线性基础上，使用显示非线性算法，分析了板壳结构在爆炸冲击下结构响应；Ａ逡逑Ｒａｍａｓａｍｙ［１７］在研究座椅支撑方式和乘员约束系统时，通过使用理论经验公式对它们在逡逑爆炸工况下的防护性能做了深入研宄；Ｄｕ，Ｙａｎｇ［ｌｓ］采用光滑粒子法和有限元法分析了圆逡逑柱体内部爆炸时材料失效情况；Ｊｉｕｌｏｎｇ邋Ｓｕｎ［１０］在对板壳结构进行爆炸冲击仿真时，使用逡逑流固耦合方法，将得到的仿真结果和试验响应进行深入研宄，对比得出仿真结果与试验逡逑响应相似度较高；Ｍａｄｓ邋Ｂｅｒｇ邋Ｌａｒｓｅｎ？运用流固耦合方法分析了邋Ｍｌ邋１３军车模型底部爆炸逡逑情况。逡逑从不少文献可以看出，当前模拟爆炸冲击计算的方法包括三种：ＣｏｎＷｅｐ经验公式、逡逑光滑粒子法（Ｓｍｏｏｔｈｅｄ邋Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，邋ＳＰＨ）和多物质单元流固耦合算法（Ｍｕｌｔｉ邋ｍａｔｅｒｉａｌ逡逑ＡＡｉｔｒａｉｙ邋Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ邋Ｅｕｌｅｒｉａｎ邋－邋Ｆｌｕｉｄ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋ｍｅｔｈｏｄ＾邋ＡＬＥ－ＦＳＩ）。三种爆炸仿真算法；逡逑例如图１．１所示。逦逦逡逑

螺栓连接,受力情况,受剪螺栓,防护结构

车辆防护结构材料进行动态特性试验，从而保证建立正述车身防护结构在爆炸冲击作用下的力学性能，确保氋强度螺栓连接研宄现状逡逑连接的失效形式逡逑作为紧固件，常用于车身结构的连接。随着国家对军用越多的吸能结构用于车身底部防护，如复合材料和蜂窝好、吸能效率高等优点，这些防护结构不能使用焊接的螺栓进行连接，这种可拆卸式的连接不仅仅能保持防护环境下卸载防护组件，起到对车辆减重的作用。按照螺栓包括受拉螺栓和受剪螺栓，不同的载荷形式会导致螺进行抗拉强度试验和抗剪强度试验来确定不同受力形况分类，受拉螺栓连接可分为松螺栓连接和紧螺栓连接［接、双面受剪螺栓连接和多面受剪螺栓连接等Ｍ。螺栓张逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ810.38

【参考文献】