预折纹管的实验分析与理论研究

发布时间：2017-07-14 10:28

  本文关键词：预折纹管的实验分析与理论研究

  更多相关文章： 薄壁结构 耐撞式设计 能量吸收 低速冲击实验

【摘要】：金属薄壁结构为冲击吸能领域中非常重要的研究对象,其具有高比强度、低成本、高吸能效率、机械加工简单等优点。大量的研究结果表明,金属薄壁结构的吸能效果与结构的变形模态有关,而结构的变形模态则主要由结构的几何构型决定,这篇文章立足于研究一种通过改变其几何构型以改良其失效模式的新型预折纹管在低速冲击作用下的吸能特性,这种预折纹管的设计理念在于通过在管壁上引入预制的折角,这种折角的引入,一方面可以降低初始载荷,另一方面可以增加有效塑性变形面积,从而达到吸能效率的提高。本文基于理论、数值和实验的方法,对这种预折纹管的能量吸收原理进行研究。文章的主要工作分为以下几个部分： 1.介绍预折纹管几何模型,基于有限元软件ABAQUS/EXPLICIT的数值分析验证了预折纹在低速冲击载荷作用下可以引导预期的大变形模式,预折纹管的这种大变形模式相较于普通方管的对称变形模式有更低峰值载荷和更高的平均载荷。通过低速落锤实验获得了与有限元模拟结果相似的载荷-位移曲线和变形模式,验证了数值结果的可信性和预折纹方管的高效吸能特点。详细内容见第二章。 2.基于超折叠单元理论,推导出不同标准段数量和不同折纹大小的预折纹管在的准静态作用下能量吸收的公式,建立预折纹管的能量吸收性能指标与几何构型参数的定量关系。详细内容见第三章。 3.以cowper-symonds本构关系为基础,考虑动态效应,并以预折纹管在实验中的实际变形情况为基础对wierzbicki针对超折叠单元推导出的应变率公式进行修正,推导出不同标准段数量和不同折纹大小的折纹管在冲击载荷作用下的能量吸收的公式。另外,基于理论与数值对比结果对预折纹管在低速冲击作用下的公式进行修正,修正后的公式所得到的结果与数值结果吻合的较好,与实验的对比结果也非常接近,准静态条件下的理论结果与实验结果的误差为1.6%,冲击载荷条件下的理论结果与实验结果的误差为6.6%。详细内容见第四章。
【关键词】：薄壁结构 耐撞式设计 能量吸收 低速冲击实验
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG306;TH136
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-29
• 1.1 薄壁结构与能量吸收9-11
• 1.2 金属薄壁结构能量吸收研究现状11-27
• 1.2.1 圆管和方管在轴向载荷作用下的静态屈曲行为12-15
• 1.2.2 圆管和方管在轴向载荷作用下的静态冲击行为15-26
• 1.2.3 方管的动态轴向冲击26-27
• 1.2.4 预折纹管研究现状27
• 1.3 本文研究内容27-29
• 2 预折纹管的数值分析与实验研究29-44
• 2.1 预折纹管模型介绍29-31
• 2.1.1 吸能效率评价指标29
• 2.1.2 几何模型及其设计原理29-31
• 2.2 数值模拟31-35
• 2.2.1 材料实验31-32
• 2.2.2 有限元模型的参数设置32-34
• 2.2.3 低速冲击数值计算结果34-35
• 2.3 实验验证35-43
• 2.3.1 试件制作35-36
• 2.3.2 实验器材及加载条件36-39
• 2.3.3 准静态实验结果39-40
• 2.3.4 低速冲击实验结果40-42
• 2.3.5 误差分析42-43
• 2.4 本章小结43-44
• 3 预折纹管准静态在轴压下的能量理论公式推导44-55
• 3.1 超折叠单元简介44-45
• 3.2 预折纹管中超折叠单元各部分能量公式推导45-49
• 3.2.1 板绕塑性铰线的弯曲吸能E_1的公式推导45-47
• 3.2.2 锥形面塑性铰的移动吸能E_2的公式推导47-49
• 3.2.3 材料在环形面移动吸能E_3的公式推导49
• 3.3 总能量表达式推导49-52
• 3.3.1 长度的极限弯矩M_0的推导49-51
• 3.3.2 塑性铰线真实形状下的平均半径r51-52
• 3.4 理论结果分析52-54
• 3.4.1 理论结果与数值结果对比52-53
• 3.4.2 误差分析53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 4 预折纹管在冲击载荷作用下的性能分析55-64
• 4.1 考虑应变率效应和有效冲击距离的公式修正55-59
• 4.2 修正后的公式与数值对比结果以及误差分析59-61
• 4.3 对两个标准段的预折纹管进行数值修正61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 结论与展望64-67
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-67
• 参考文献67-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

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本文编号：540764