基于牦牛角结构的锥形管设计与耐撞特性研究

发布时间：2021-04-08 00:19

　　薄壁吸能结构广泛应用于汽车、船舶、航空航天等工业领域,是碰撞过程中耗散冲击动能、缓冲吸能的主要构件。但其在设计过程中面临轻量化和高效吸能的矛盾。因此,设计并优化轻质且耐撞的薄壁吸能结构,引起国内外学者的广泛关注。研究基于工程仿生学原理和相似性理论对传统薄壁吸能结构进行优化改进,将仿生学与结构耐撞性设计相结合来提高吸能结构的耐撞吸能效率。研究选取自然界中具有优异耐撞性能的轻质管状填充材料牦牛角为生物原型,整角承载性试验结果表明:牦牛角最大承载力为11.8 kN,能够承受3⁵次整角准静态压缩试验。并对牦牛角段状试样进行准静态压缩和落锤动态冲击试验,结果表明:底部、中部和顶部试样的总吸能分别为3.04 kJ、1.52 kJ和0.8 kJ,极限强度分别为76.97 MPa、65.73 MPa和56.02 MPa,抗压性能和吸能效率表现出从顶部到底部逐渐减小的梯度特征。牦牛角破坏模式呈现出一种自顶部到底部逐渐屈曲的变形模式。牦牛角的宏观结构分析表明,牦牛角是一种锥形管状填充结构,主要由角质外壳和骨芯两部分组成,SEM图像观察表明角质外壳是由无数个角蛋白薄片堆叠而成的层状结构... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

带圆孔的方管受斜向压缩Han[19]分析了斜向荷载作用下方形管在轴向和弯曲两种加载形式下的破坏

吉林大学硕士学位论文4图1.2锥形管斜向压缩Seitzberger[23]对填充泡沫铝的钢管进行准静态轴压试验研究，研究不同截面管材和填料布置在轴向压缩下结构件的破坏行为，对不同材料、尺寸和截面形状的单管和双管、空心和填充钢管进行了准静态压缩试验（图1.3）。泡沫铝是采用粉末冶金生产工艺生产的一种填充材料。试验结果证实，虽然泡沫的存在导致冲程长度的缩短，但在能量吸收方面也可以获得相当大的效率改善。张雄[24]基于SSPE理论，对铝制多胞薄壁方管在轴向压溃下的能量吸收进行理论推导，发现同样质量的金属多胞管较金属泡沫填充管能量吸收效率高出近一倍，推导出平均载荷公式。亓昌[25,26]研究了多胞薄壁锥形管斜向冲击时的耐撞性能，研究表明：多胞锥形管比直管与单胞管在斜向冲击时的耐撞性能好，多胞薄壁锥形管的截面尺寸、锥度和壁厚与多胞薄壁锥形管在大角度斜向冲击下的耐撞性能有明显联系。侯淑娟[27]基于显式有限元技术，利用响应面法以结构的比吸能为优化函数对正方形截面的金属薄壁梁进行形状优化，得出比吸能关于壁厚和截面边长的函数关系。中国科学技术大学唐志平[28]利用改进的单脉冲霍普金森压力杆装置对不同长径比和端部约束条件下的镍钛合金圆柱壳轴向动态屈曲响应进行了试验研究。图1.3泡沫铝填充结构

吉林大学硕士学位论文4图1.2锥形管斜向压缩Seitzberger[23]对填充泡沫铝的钢管进行准静态轴压试验研究，研究不同截面管材和填料布置在轴向压缩下结构件的破坏行为，对不同材料、尺寸和截面形状的单管和双管、空心和填充钢管进行了准静态压缩试验（图1.3）。泡沫铝是采用粉末冶金生产工艺生产的一种填充材料。试验结果证实，虽然泡沫的存在导致冲程长度的缩短，但在能量吸收方面也可以获得相当大的效率改善。张雄[24]基于SSPE理论，对铝制多胞薄壁方管在轴向压溃下的能量吸收进行理论推导，发现同样质量的金属多胞管较金属泡沫填充管能量吸收效率高出近一倍，推导出平均载荷公式。亓昌[25,26]研究了多胞薄壁锥形管斜向冲击时的耐撞性能，研究表明：多胞锥形管比直管与单胞管在斜向冲击时的耐撞性能好，多胞薄壁锥形管的截面尺寸、锥度和壁厚与多胞薄壁锥形管在大角度斜向冲击下的耐撞性能有明显联系。侯淑娟[27]基于显式有限元技术，利用响应面法以结构的比吸能为优化函数对正方形截面的金属薄壁梁进行形状优化，得出比吸能关于壁厚和截面边长的函数关系。中国科学技术大学唐志平[28]利用改进的单脉冲霍普金森压力杆装置对不同长径比和端部约束条件下的镍钛合金圆柱壳轴向动态屈曲响应进行了试验研究。图1.3泡沫铝填充结构


本文编号：3124475