轴向冲击载荷下梯度薄壁圆管的动力响应
本文选题:薄壁圆管 切入点:屈曲 出处:《太原理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:薄壁圆管作为一种比较常见的能量吸收构件,具有自身结构稳定,在轴向载荷下发生褶皱屈曲变形,屈曲压实过程能量吸收可控的优点,因此被广泛的应用于车辆安全、施工工程等与碰撞安全密切相关的领域。对轴向载荷下薄壁圆管的屈曲变形行为的研究从上个世纪60年代开始陆续出现,但这些文献大多针对均匀壁厚的薄壁圆管的褶皱变形形态开展实验及理论分析研究,而对梯度圆管在动态载荷下的动力响应行为却鲜有报道。近年来关于泡沫材料轴向冲击过程中的冲击波模型研究的大量涌现,为轴向冲击载荷下薄壁圆管动力响应的研究模型的建立提供了新的思路。本文通过对动态载荷下均匀壁厚圆管屈曲变形的研究分析,将冲击波模型应用于圆管在轴向冲击下的变形过程,分析了薄壁圆管轴向冲击下的动力响应特征及吸能缓冲特性。将理论模型与有限元模拟结果对比发现直接使用薄壁圆管初始壁厚并不能很好地预测结构变形过程中配重块的速度变化规律,将模型中使用的圆管壁厚修正为其在屈曲变形过程中实际压实的壁厚,得到修正后的理论模型计算结果与有限元模拟结果吻合较好,证明了修正后的理论模型能够较好地预测轴向动态载荷下薄壁圆管的动力响应。在均匀壁厚圆管的冲击波模型的基础上,本文提出了外径不变,壁厚随圆管轴向变化的梯度圆管。当梯度圆管薄壁侧为冲击端时,冲击过程中的屈曲褶皱会从冲击端产生;而当梯度圆管厚壁侧为冲击端时,圆管两侧都会产生屈曲变形,本文对这两种工况下分别进行理论推导和有限元模拟,并分析了无量纲参数(质量比、厚径比、梯度参数)对结构吸能特性的影响。可以得到的结论包括:使用冲击波模型可以较好地预测轴向冲击载荷下均匀和梯度薄壁圆管的缓冲吸能过程;梯度圆管的缓冲吸能特性优于均匀圆管,且圆管壁厚差越大,缓冲吸能性能越好。
[Abstract]:As a relatively common energy absorption component, thin walled circular pipe has the advantages of stable structure, fold buckling and deformation under axial load, controllable energy absorption during buckling and compaction, so it is widely used in vehicle safety. The research on buckling and deformation behavior of thin-walled circular pipe under axial load has appeared since -40s. However, most of these documents have carried out experimental and theoretical analysis on the shape of fold and deformation of thin-walled circular tubes with uniform wall thickness. However, there are few reports on the dynamic response behavior of gradient circular tubes under dynamic loading. In recent years, a large number of researches on shock wave models during axial impact of foam materials have emerged. This paper provides a new idea for the establishment of dynamic response model of thin-walled circular pipe under axial impact load. In this paper, the buckling deformation of uniform thick circular tube under dynamic load is studied and analyzed. The shock wave model is applied to the deformation process of a circular tube under axial impact. The characteristics of dynamic response and energy absorption and cushioning of thin-walled circular tubes under axial impact are analyzed. Comparing the theoretical model with the results of finite element simulation, it is found that the direct use of initial wall thickness of thin-walled circular pipes can not predict the deformation process of structures well. The law of velocity variation of medium weight distribution block, The wall thickness of the circular pipe used in the model is modified to the actual compacted wall thickness in the process of buckling and deformation. The calculated results of the modified theoretical model are in good agreement with the results of the finite element simulation. It is proved that the modified theoretical model can predict the dynamic response of thin-walled circular tubes under axial dynamic loading. On the basis of the shock wave model of uniform wall thick circular tubes, it is proposed that the external diameter is invariant. When the thin-walled side of the gradient tube is the impact end, the buckling fold will occur from the impact end, and when the thick wall side of the gradient tube is the impact end, the buckling deformation will occur on both sides of the pipe. In this paper, theoretical derivation and finite element simulation are carried out under these two conditions, and dimensionless parameters (mass ratio, thick-diameter ratio, thickness to diameter ratio) are analyzed. The results are as follows: shock wave model can be used to predict the energy absorption process of uniform and gradient thin-walled tubes under axial shock loading; The buffer energy absorption of gradient circular tube is better than that of uniform circular tube, and the bigger the wall thickness difference is, the better the buffer energy absorption performance is.
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O347.3
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 黄玉珊;薄壁圆管大d摱葀哼±韸值腣貥g[J];西北工业大学学报;1958年01期
2 朱文重;圆管紊流运动[J];力学与实践;1982年01期
3 吴望一,R.斯加拉克;半无穷平面到半无穷长圆管的低雷诺数流动[J];应用数学和力学;1985年01期
4 金梦石;黄玉盈;;弯矩与外压共同作用下圆管的非线性弹性稳定性[J];海洋工程;1985年03期
5 张树霖;;有限长圆管的弹性压缩损失[J];工程力学;1986年03期
6 唐永洁,江晓涛,李香;水平圆管过渡现象的探讨[J];水动力学研究与进展(A辑);1993年02期
7 郭仲衡;有同心圆弧裂缝的圆柱体和圆管的弯曲[J];力学学报;1980年04期
8 张钟华;简支圆管在重力作用下的应力状态[J];力学与实践;1982年01期
9 吴望一,R.斯加拉克;半无穷长圆管内的低雷诺数入口流[J];应用数学和力学;1983年06期
10 王敏中;简支圆管在自重作用下的弯曲[J];力学与实践;1983年06期
相关会议论文 前10条
1 李大红;李永池;魏志刚;李赛男;;钛合金圆管的动态损伤与断裂[A];中国工程物理研究院科技年报(1999)[C];1999年
2 李英华;王悟;胡时胜;;金属圆管动态破坏实验技术研究[A];第三届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2004年
3 汤铁钢;胡海波;李庆忠;王德生;孙学林;张振涛;;内爆加载下金属圆管的热塑剪切失稳与断裂[A];中国工程物理研究院科技年报(2002)[C];2002年
4 吕文婷;王建国;;带孔薄壁圆管多轴加载下的弹塑性有限元分析[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
5 韩启富;;圆管灯具开发设计趋势探讨[A];海峡两岸第五届照明科技与营销研讨会专题报告文集[C];1998年
6 胡浩军;狄先均;李家泰;李强;王元汉;;隧道逃生管道设计中的圆管冲击计算[A];中国土木工程学会第十三届年会暨隧道及地下工程分会第十五届年会论文集[C];2008年
7 刘旭红;杨嘉陵;苏先樾;;圆管撞击的刚塑性动力响应及失效研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 韩长生;刘光祚;王德生;董玉斌;胡海波;胡八一;;爆炸载荷下不同材料金属圆管的膨胀运动及断裂[A];中国工程物理研究院科技年报(1998)[C];1998年
9 孙可文;李金良;梁兆正;于岩;;垂直圆管带式提升机的基本理论问题[A];中国机械工程学会物料搬运分会第四届学术年会论文集[C];1992年
10 刘传华;薛红萍;胡功笠;顾红军;;多层圆管抗冲击机理分析[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年
相关重要报纸文章 前1条
1 ;圆管圆周烫金机[N];中国包装报;2006年
相关博士学位论文 前10条
1 潘家保;润滑脂热流变特性及管路减阻研究[D];中国矿业大学;2016年
2 周海丽;三维编织复合材料圆管横向冲击变形和细观结构破坏机理[D];东华大学;2017年
3 武鲜艳;三维编织复合材料圆管轴向冲击压缩破坏细观结构和温度效应[D];东华大学;2017年
4 朱进容;水平圆管自然对流换热的剪切干涉测温数值和实验研究[D];华中科技大学;2011年
5 赵金印;圆管湍流及入口挡环对圆管湍流影响的实验研究和数值模拟[D];大连理工大学;2002年
6 丁敏;微细圆管内火焰传播过程的数值研究[D];中国科学技术大学;2007年
7 李雅侠;螺旋半圆管夹套内流体流动与传热特性研究[D];天津大学;2011年
8 郭应强;圆管狭窄下游定常流湍流场力学特性的定量检测和数值模拟[D];四川大学;2003年
9 胡万玲;圆管管翅式换热器肋侧二次流强度及其强化传热特性研究[D];兰州交通大学;2014年
10 冷学礼;振动圆管外强化传热机理及污垢生长特性研究[D];山东大学;2007年
相关硕士学位论文 前10条
1 徐妍清;聚合物圆管气辅挤出数值模拟与口模设计[D];南昌大学;2015年
2 俞鑫炉;爆炸加载下柱壳剪切断裂的机理研究[D];宁波大学;2014年
3 王特捷;铝合金薄壁柱壳的动态膨胀与剪切断裂[D];宁波大学;2014年
4 代金梅;激光干涉法在自然对流圆管测温和换热中的应用[D];湖北工业大学;2015年
5 周明月;微圆管内氢气和烷烃预混催化燃烧特性实验研究[D];浙江大学;2016年
6 李露露;基于图像处理的圆管计数研究[D];东南大学;2016年
7 王鹏;轴向冲击载荷下梯度薄壁圆管的动力响应[D];太原理工大学;2017年
8 赵彦霞;细长圆管内低气压直流放电中等离子体特性的数值研究[D];大连理工大学;2010年
9 胡晶晶;煤灰颗粒对圆管磨损及传热耦合的直接数值模拟[D];浙江大学;2013年
10 贺良鸿;韧性金属圆管自由翻转卷曲半径[D];清华大学;2010年
,本文编号:1641041
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/1641041.html