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折纹式吸能管的耐撞性分析与顺从性研究

作　者: 骆洪志
导　师: 王博
学　校: 大连理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 薄壁结构能量吸收刚性折纸耐撞性顺从性
分类号: U461
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

金属薄壁结构具有高比强度、低成本、高吸能效率、机械加工简单等优点,作为发生结构碰撞等突发事件时吸收与耗散冲击动能的主要构件,已经广泛应用于汽车、船舶、铁路列车、航空等各种交通工具以及机械、土木、桥梁等各方面。设计出轻质高效并具有良好耐撞性能的薄壁吸能构件对于保障人民生命和财产安全、节约能源、促进环保等方面具有重大的实际意义。本文基于“刚性折纸”的启发,提出了一种新型的折纹式吸能管(下称折纹管),并采用理论分析、数值模拟技术和实验验证的方法,对这种折纹管的耐撞性和顺从性进行研究。具体研究内容如下：1.介绍折纹管几何结构的特点,并基于显式非线性有限元程序LS-DYNA,对折纹管进行轴向冲击作用的数值模拟。通过普通方管和折纹管的数值结果比较,可以得到管壁上折纹的引入能够有效地降低初始峰值载荷,同时提高结构的吸能效果；另外,还研究了关键几何参数对折纹管吸能效率影响的灵敏度,以及一些其他的影响因素。详细内容见第二章。2.通过准静态轴压实验和低速冲击实验两种方法,验证折纹管的吸能效果。实验结果表明,管壁上折纹的引入可以有效的降低初始峰值载荷,同时薄壁管的吸能效果也有所提升。根据实验过程中折纹管变形模式的研究,还可以得到制作工艺的缺陷对折纹管吸能效果的影响。详细内容见第三章。3.研究折纹管对折纹的顺从性,以及几何尺寸对顺从性的影响,同时还研究了折纹管顺从性与最大吸能之间的关系。有些情况下,折纹管对折纹恰好顺从的时候吸能量最大。详细内容见第四章。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
引言  8-18
  1.1 结构耐撞性与能量吸收  8-10
  1.2 金属薄壁结构能量吸收研究现状  10-13
    1.2.1 研究内容  10-11
    1.2.2 方管的吸能效果研究  11-13
  1.3 吸能装置的性能评价指标  13-14
  1.4 显式动力有限元算法介绍  14-16
    1.4.1 显式有限元基本算法  15-16
    1.4.2 接触-碰撞界面算法  16
  1.5 本文研究内容  16-18
2 折纹管耐撞性数值分析  18-35
  2.1 折纹管模型介绍  18-19
  2.2 折纹管吸能效果的数值分析  19-24
    2.2.1 结构尺寸与有限元模型  19-21
    2.2.2 计算结果与对比分析  21-24
  2.3 几何参数敏感性分析  24-30
    2.3.1 折纹大小C的敏感性  24-26
    2.3.2 标准段高度H1的敏感性  26-28
    2.3.3 标准段个数N的敏感性  28-30
  2.4 其他影响因素  30-33
    2.4.1 重叠宽度W的影响  30-32
    2.4.2 折纹形状的影响  32-33
  2.5 本章小结  33-35
3 折纹管吸能效果的实验验证  35-44
  3.1 轴压实验介绍  35
    3.1.1 准静态轴压实验设备  35
    3.1.2 冲击实验装置  35
  3.2 实验件的制作  35-37
  3.3 准静态实验验证  37-39
  3.4 落锤低速冲击实验验证  39-43
  3.5 本章小结  43-44
4 折纹管的顺从性与最大吸能关系研究  44-54
  4.1 研究背景  44-46
  4.2 顺从性与最大吸能的数值研究  46-47
  4.3 数值结果分析与比较  47-53
  4.4 本章小结  53-54
5 结论与展望  54-56
  5.1 结论  54
  5.2 展望  54-56
参考文献  56-58
附录A 不同标准段个数折纹管的数值计算结果  58-62
附录B 数值计算源程序  62-65
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  65-66
致谢  66-67

折纹式吸能管的耐撞性分析与顺从性研究

内容摘要

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