轴向冲击载荷下开孔薄壁方管吸能特性的研究

发布时间：2019-08-17 21:56

【摘要】：利用有限元软件ABAQUS对开孔薄壁方管在轴向冲击载荷作用下的变形规律与吸能特性进行了数值仿真分析,并根据数值模拟结果进行了多目标优化。在薄壁方管的每个侧面上开六个长方形孔,通过改变长方形孔的长度和宽度来研究开孔薄壁方管的耐撞性。结果表明:在研究的范围内,除开孔尺寸为20mm×5mm的薄壁方管外,其余开孔薄壁方管的破坏模式为外延式破坏模式,其变形过程为动态渐进屈曲;当开孔长度增大时,开孔薄壁方管初始峰值力减小;当开孔长度和宽度同时增大时,开孔薄壁方管平均载荷均减小;开孔面积越大,管吸收的能量和比吸能越小;开孔长度不变时,随着宽度的增大压缩力效率降低,当宽度不变时,随着长度的增大压缩力效率增大。基于开孔方管的数值模拟结果构造了响应面模型并对其进行了多目标优化,给出了Pareto前沿图,可根据各目标的偏好确定方管的开孔尺寸。
【图文】：

622应用力学学报第33卷形过程中能量比率(即总能与初始能量之比)始终在1.0附近波动且波动幅度不超过0.0006，如图3(b)所示。说明有限元模型计算精度很高，满足模拟计算的要求。4结果与分析4.1数值模拟结果将有限元模型提交到ABAQUS6.14的Explicit处理器进行分析，图4给出了方管与开孔方管在轴向冲击载荷作用下的屈曲变形过程。(a)方管(squaretube)(b)开孔管(squaretubewithcutouts)图4方管与开孔管变形过程Fig.4Thedeformationprocessbetweensquaretubeandsquaretubewithcutouts图4(a)给出了不开孔方管在轴向冲击载荷作用下的变形过程，在方管的底部最先发生屈曲产生第一个向外的褶皱，管的四面分上下两部分均向里凹，此时方管的整体强度有所下降，随后依次向上共产生三个褶皱。图4(b)为开孔管在轴向冲击载荷作用下的变形过程，在开孔管的底部开孔处最先发生屈曲产生第一个向外的褶皱，然后从管的顶部开始依次向下共产生四个褶皱。不开孔管与开孔管其两组对边的变形方向相同，而相邻边的变形方向相反。由于方管的吸能及轴向强度主要依靠四个角上的材料，因此开孔管的应力分布主要集中在四个角上，而不开孔管的应力分布相对均匀。图5给出了开孔管在长度a不变时，不同宽度b的力-位移曲线。当开孔的宽度b固定、长度a改变时的压缩力-位移曲线如图6所示。(a)a=10mm(b)a=15mm(c)a=20mm图5开孔薄壁方管的力-位移曲线Fig.5Force-displacementofthin-walledsquaretubeswithcutouts从图5和图6可知，9种开孔尺寸方管的冲击力-位移曲线均有四个波峰，原因是开孔薄壁方管产生了四个褶皱。根据文献[14]关于管破坏模式的分类可知，管的破坏模式可分为三种，即对称式、外延式、金刚石式。模拟结果中除了开孔管w3-1，其?

622应用力学学报第33卷形过程中能量比率(即总能与初始能量之比)始终在1.0附近波动且波动幅度不超过0.0006，如图3(b)所示。说明有限元模型计算精度很高，满足模拟计算的要求。4结果与分析4.1数值模拟结果将有限元模型提交到ABAQUS6.14的Explicit处理器进行分析，图4给出了方管与开孔方管在轴向冲击载荷作用下的屈曲变形过程。(a)方管(squaretube)(b)开孔管(squaretubewithcutouts)图4方管与开孔管变形过程Fig.4Thedeformationprocessbetweensquaretubeandsquaretubewithcutouts图4(a)给出了不开孔方管在轴向冲击载荷作用下的变形过程，在方管的底部最先发生屈曲产生第一个向外的褶皱，管的四面分上下两部分均向里凹，，此时方管的整体强度有所下降，随后依次向上共产生三个褶皱。图4(b)为开孔管在轴向冲击载荷作用下的变形过程，在开孔管的底部开孔处最先发生屈曲产生第一个向外的褶皱，然后从管的顶部开始依次向下共产生四个褶皱。不开孔管与开孔管其两组对边的变形方向相同，而相邻边的变形方向相反。由于方管的吸能及轴向强度主要依靠四个角上的材料，因此开孔管的应力分布主要集中在四个角上，而不开孔管的应力分布相对均匀。图5给出了开孔管在长度a不变时，不同宽度b的力-位移曲线。当开孔的宽度b固定、长度a改变时的压缩力-位移曲线如图6所示。(a)a=10mm(b)a=15mm(c)a=20mm图5开孔薄壁方管的力-位移曲线Fig.5Force-displacementofthin-walledsquaretubeswithcutouts从图5和图6可知，9种开孔尺寸方管的冲击力-位移曲线均有四个波峰，原因是开孔薄壁方管产生了四个褶皱。根据文献[14]关于管破坏模式的分类可知，管的破坏模式可分为三种，即对称式、外延式、金刚石式。模拟结果中除了开孔管w3-1，其?
【作者单位】： 太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所;
【基金】：国家自然科学基金(11372209;11172196) 山西省自然科学基金(2013011005-2)
【分类号】：O347.3

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本文编号：2528051