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薄壁金属圆管弹塑性屈曲及耐撞性研究

作　者: 常亚飞
导　师: 韩庆华
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 薄壁金属圆管耐撞性弹塑性屈曲吸能特性理论公式数值仿真
分类号: TU392.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

薄壁金属圆管作为缓冲吸能元件无论是径向还是轴向塑性变形都有很好的缓冲吸能效果,且均能明显降低冲击碰撞反力,在冲击碰撞作用下最终能够发生较为规律的变形模式,因此被广泛应用于各个行业的被动安全碰撞设计中,但是对于建筑结构中的开合屋盖被动安全碰撞设计,尚无利用的先例。因此本课题组深入研究了薄壁金属圆管在开合屋盖结构被动安全碰撞设计中利用的可行性及相关理论。一直以来对于薄壁金属圆管在静载和冲击碰撞动载作用下的轴向和径向塑性变形的研究结果都是基于经验公式和试验结论得出的,对于轴向和径向压溃反力以及塑性变形和吸能的理论研究都还不完善,本文主要进行了此方面的理论研究,主要研究了径向和轴向准静态荷载以及冲击碰撞荷载作用下圆管的变形模式、力学行为以及吸能特性,考虑了圆管几何尺寸,冲击速度,冲击质量等因素对失效模式、平均荷载和碰撞反力的影响,并且考虑了应变率和强化效应的影响,推导出了两种不同荷载类型下的碰撞压缩反力理论公式。继而通过LS-DYNA有限元软件对上述研究内容进行了仿真分析,得到了与理论公式相一致的结果,从而验证了理论公式的正确性,对今后利用薄壁金属圆管进行相关被动安全碰撞设计具有指导意义。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 引言  7-9
  1.2 薄壁金属圆管塑性变形及吸能特性  9-12
    1.2.1 薄壁金属圆管径向荷载作用下塑性变形研究现状  9
    1.2.2 薄壁金属圆管轴向荷载作用下塑性变形研究现状  9-11
    1.2.3 薄壁金属圆管吸能特性  11-12
  1.3 本文的研究内容  12-13
第二章结构塑性动力响应理论基础  13-16
  2.1 应变率效应及过应力模型  13-14
    2.1.1 应变率效应  13-14
    2.1.2 过应力模型理论  14
  2.2 模态近似解理论  14-16
第三章薄壁圆管径向压扁理论与数值分析  16-38
  3.1 薄壁圆管径向准静态受压分析  17-22
    3.1.1 圆管两向对称受压极值内力分析  17-18
    3.1.2 圆管四向对称受压极值内力分析  18-20
    3.1.3 蜂窝状齐排圆管径向受压极值内力分析  20-22
  3.2 薄壁圆管径向冲击荷载作用下动力屈曲分析  22-27
    3.2.1 单根薄壁圆管径向冲击屈曲变形分析  22-25
    3.2.2 蜂窝状圆管横向受压内力分析  25-27
  3.3 薄壁圆管径向压扁数值模拟  27-38
    3.3.3 单根薄壁圆管径向准静态压扁数值分析  27-32
    3.3.4 单根薄壁圆管冲击碰撞压扁数值分析  32-38
第四章薄壁圆管径向受压试验研究  38-51
  4.1 试验介绍  38-40
    4.1.1 试验目的及原理  38
    4.1.2 试验设备及材料  38-39
    4.1.3 试验步骤  39-40
  4.2 试验现象及分析  40-51
    4.2.1 单根圆管准静态压缩试验  40-44
    4.2.2 蜂窝状圆管径向准静态压缩试验  44-51
第五章薄壁圆管轴向塑性屈曲理论与数值分析  51-66
  5.1 薄壁圆管轴向屈曲变形分析  52-57
    5.1.1 薄壁金属圆管轴向轴对称屈曲变形分析  52-55
    5.1.2 薄壁金属圆管轴向非轴对称屈曲变形分析  55-57
  5.2 薄壁圆管轴向准静态加载塑性屈曲数值模拟  57-63
    5.2.1 圆管准静态压缩轴对称屈曲数值模拟  57-59
    5.2.2 圆管准静态压缩非轴对称屈曲数值模拟  59-63
  5.3 薄壁圆管轴向撞击塑性屈曲数值模拟  63-66
    5.3.1 圆管轴向撞击轴对称屈曲数值模拟  63-64
    5.3.2 圆管轴向撞击非轴对称屈曲数值模拟  64-66
第六章结论与展望  66-68
  6.1 全文结论  66-67
  6.2 今后工作展望  67-68
参考文献  68-71
发表论文和科研情况说明  71-72
致谢  72

薄壁金属圆管弹塑性屈曲及耐撞性研究

内容摘要

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