中低速物体碰撞的载荷特征分析

发布时间：2021-07-24 09:36

　　物体碰撞广泛存在于自然界和工程领域中,掌握物体碰撞局部的撞击载荷特征是碰撞利用和物体/产品安全防护设计、响应分析与评估的基础和前提,目前缺乏对物体碰撞局部的撞击载荷特征的系统分析和总结。本文主要面向碰撞物质相互不穿透、固体材料不发生相变的物体中低速碰撞中的刚-柔碰撞和柔性体受含间隙的弹性约束碰撞两类碰撞问题,系统分析其碰撞局部的撞击载荷特征。对于刚-柔碰撞问题,与多体碰撞动力学的离散化建模和连续接触力建模两大类建模方法不同,而是融合两类建模方法的优势、规避其不足,从唯象的角度凝练刚-柔碰撞问题的共性和主要矛盾,基于柔性体碰撞局部变形行为和柔性体结构特性,分别将其唯象地表征为不同的力-位移关系来建立系统的离散简化动力学模型,既反映刚-柔碰撞的本质和典型特征,又可大幅提升分析效率。然后基于唯象简化动力学模型,高效、系统地分析了柔性体碰撞局部变形性能和柔性体结构刚度效应对撞击局部的载荷谱形、峰值、脉宽、冲量及其所做功等特征参数的影响规律,获得了刚体碰撞柔性体撞击局部的载荷特征,并采用有限元方法对此建模思想和分析结果的正确性进行了初步的定性验证。分析表明,在柔性体结构刚度和碰撞局部变形刚度都较... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１本文总体研宄思路??

素主要有刚体的质量与速度（动量或动能）、柔性体被碰撞部位局部区域的几何与材料特??性引起的变形性能等。对于此问题，将柔性体被撞击局部的变形行为表征为弹簧力－位移??关系建立系统的概念模型。抽象的概念模型如图２．１所示，图中叫为刚体的质量，其碰??撞初始速度为ｖ，，＆为刚体碰撞柔性体后的位移；ｍ２为被撞击柔性体的质量，ｘ２为柔性??体被碰撞后的位移，刚柔碰撞局部唯象力－位移关系为（设刚柔碰撞相对位移为??Ａｘ?＝?ｘ｝－ｘ２）〇??Ｖｊ?！?＼?＾２??—＾?＾?ｉ?：＜－?＞：?ｉ??ｒｉｍ）?Ｍｋ?＾?＾?ｍ??—?／?／?／／?／?／／?／／／／／／／??碰撞局部唯象??力－位移关系??图２．１刚体撞击自由柔性体简化的抽象模型示意图??基于Ｎｅｗｔｏｎ第二和第三定律，可得到系统的动力学模型：??９??

不同时间步长对计算结果收敛性和精度的影响，采取了各模型合适的计算时间步长以排??除计算误差的影响。例如，对于局部突变模型，不同计算时间步长对撞击局部载荷峰值??的影响如图２．２所示。综合考虑计算精度后本文选取时间步长Ａ／为１０、进行数值计算。??１〇〇〇，——，?「局部刚度，力峰气?，???ｌＯＯＯＯ＾．Ｑ＾Ｑ＾Ｑ－Ｑ?Ｇ?Ｏ－ｉｙＯ?Ｏ?〇?＾??９９９．５?，?＼?；?＇?／＊，?－；?１??．１?？?＾?，?｜?１?Ｉ??多?？?！?＇／?＊?＊！?？、?？??铥?９９９?．?１?ｙ?

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3300402