横向爆炸载荷下薄壁圆柱壳的动态响应

发布时间：2020-05-21 17:52

【摘要】：薄壁圆柱壳作为一种高比刚度、高比吸能的轻质结构,在航空航天、汽车工业、高速列车等军事和民用领域有广泛应用。在爆炸载荷作用下,结构可能发生较大的塑性变形甚至破坏,本文以实验研究为基础,结合理论与数值模拟详细分析了横向爆炸载荷下薄壁圆柱壳的动态响应规律,主要工作如下:(1)利用弹道冲击摆锤系统对横向爆炸载荷下薄壁圆柱壳的动态响应进行了实验研究。通过13种工况分析了试件的几何参数与TNT药量、装药距离对薄壁圆柱壳最终变形模态与跨中挠度的影响。实验结果表明:薄壁圆柱壳在横向爆炸载荷下有三种变形模式:局部凹陷塑性变形,迎爆面整体弯曲大挠度变形以及撕裂破坏;当结构的壁厚、TNT药量以及TNT装药距离一定时,随着圆柱壳直径增大其跨中挠度和变形范围增大;当圆柱壳的直径、TNT药量以及TNT装药距离一定时,随着试件壁厚增大其跨中挠度和变形范围减小;当结构的几何参数一定时,随着TNT装药距离的减小,圆柱壳的变形区域和跨中挠度增大;当TNT装药距离不变时,随着TNT药量减小,圆柱壳的变形区域和跨中挠度减小。(2)对有限长薄壁圆柱壳在横向爆炸载荷下的动态响应进行了理论分析。基于假设的爆炸载荷场和模态形状函数,采用理想塑性地基上刚塑性梁模型和模态分析法对薄壁圆柱壳在横向爆炸载荷作用下的大挠度变形进行了理论分析,建立了跨中挠度的模态解,并分析了圆柱壳的几何参数、冲量与不同的模态形状函数对其跨中挠度的影响。结果表明:圆柱壳跨中永久挠度的理论结果与实验结果吻合较好,验证了理论模型的合理性;线性模态形状函数与余弦模态形状函数对跨中挠度无显著影响;圆柱壳的长径比、壁厚及冲量对圆柱壳的跨中永久挠度有较大影响。(3)通过有限元软件ABAQUS对实验中的9种典型工况进行了数值模拟。分析了各个结构参数(直径、壁厚)及载荷条件对薄壁圆柱壳结构的变形模式和抗冲击性能的影响。结果表明:圆柱壳最终变形模式和跨中永久挠度的数值模拟结果与实验结果吻合较好。在结构直径和脉冲载荷一定时,随着圆柱壳壁厚的增大,跨中挠度减小;在壁厚和脉冲载荷一定时,随着直径的增大,跨中挠度增大;在直径和壁厚一定时,随着脉冲载荷的增大,跨中挠度增大。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O38

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本文编号：2674672