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薄壁结构与刚性壁的碰撞和回弹

发布时间:2024-12-18 01:55
  运动的结构对外物的撞击和回弹是一类典型的碰撞问题。在这类问题中,主要研究结构在碰撞过程中的变形模式、最大碰撞力、碰撞时间、分离后的回弹速度和恢复系数以及能量的转换和吸收。目前碰撞问题中结构的回弹特性还没有引起足够的重视,缺乏相关的研究成果。薄壁结构作为能量吸收装置中常见的基本元件,其在碰撞过程中的力学行为有十分重要的研究价值。本文以薄壁圆环、椭圆环、开口圆环、加筋圆环等几种典型薄壁结构最为研究对象,应用有限元方法来系统分析碰撞结构的初始速度、材料特性对回弹特性和变形模式等的影响,为该类问题的研究提出一些最基本的问题。首先,根据薄壁圆环的碰撞实验,用有限元商用软件ABAQUS建立了薄壁圆环与Hopkinson杆进行正向碰撞的有限元模型,对于Hopkinson杆上特定位置的应变历程、圆环的变形过程以及圆环的回弹速度和恢复系数等,比较有限元计算得到的结果与实验结果之间的差别,以验证了用有限元方法研究该问题的准确性和适用性。在此基础上,系统分析了初始速度和材料特性等对最大碰撞力、回弹速度和恢复系数等的影响,比较了采用显式算法和隐式算法在计算碰撞载荷峰值时的差别,并讨论了实验中应用一维弹性波理论来...

【文章页数】:93 页

【学位级别】:硕士

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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 碰撞和回弹问题的研究背景
    1.2 自由碰撞和回弹问题的研究进展
        1.2.1 弹性碰撞问题的研究进展
        1.2.2 弹塑性碰撞问题的研究进展
        1.2.3 球类薄壁结构碰撞和回弹问题的研究进展
    1.3 碰撞理论和恢复系数简介
        1.3.1 碰撞问题的力学模型
        1.3.2 恢复系数的定义
    1.4 本文的主要研究内容
2 薄壁圆环与刚性壁的碰撞和回弹
    2.1 引言
    2.2 圆环碰撞实验与有限元模型
        2.2.1 圆环碰撞实验介绍
        2.2.2 圆环碰撞实验的有限元模型
    2.3 有限元计算结果与实验的比较
        2.3.1 入射杆上应变的比较
        2.3.2 圆环的变形过程比较
        2.3.3 圆环的回弹速度和恢复系数的比较
    2.4 碰撞力数据处理和比较
        2.4.1 实验数据的处理
        2.4.2 隐式方法的计算结果分析
        2.4.3 显式方法的计算结果分析
        2.4.4 碰撞力峰值的决定因素
    2.5 本章小结
3 薄壁椭圆环与刚性壁的碰撞和回弹
    3.1 问题描述
    3.2 弹性碰撞时的回弹特性
        3.2.1 有限元模型
        3.2.2 初始速度的影响
        3.2.3 几何参数的影响
        3.2.4 弹性碰撞过程中的变形和能量变化
    3.3 弹塑性碰撞时的回弹特性
        3.3.1 几何参数的影响
        3.3.2 材料参数的影响
    3.4 弹塑性碰撞时的能量变化
        3.4.1 非弹性耗散能
        3.4.2 弹性应变能
    3.5 椭圆环的塑性变形模式
    3.6 本章小结
4 开口薄壁圆环与刚性壁的碰撞和回弹
    4.1 问题描述和参数建立
    4.2 开口圆环与刚性壁的弹性碰撞
        4.2.1 径厚比对回弹特性的影响
        4.2.2 张开角度α对回弹特性的影响
        4.2.3 弹性碰撞时的回弹特性分析
    4.3 典型开口圆环的弹塑性碰撞
        4.3.1 两个开口圆环的回弹特性
        4.3.2 碰撞过程中的能量变化
    4.4 典型开口圆环的塑性变形模式
        4.4.1 α=180°的开口圆环塑性变形模式
        4.4.2 α=356°的开口圆环塑性变形模式
    4.5 本章小结
5 其它薄壁结构的回弹特性
    5.1 加筋圆环的回弹特性
        5.1.1 两种加筋圆环在弹性碰撞时的回弹特性
        5.1.2 加一条筋的圆环弹塑性碰撞时的回弹特性
        5.1.3 加两条正交筋的圆环在弹塑性碰撞时的回弹特性
    5.2 加筋半圆环的回弹特性
        5.2.1 加筋半圆环在弹性碰撞时的回弹特性
        5.2.2 加筋半圆环在弹塑性碰撞时的回弹特性
    5.3 矩形薄壁环的回弹特性
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者筒介



本文编号:4016864

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