本文關(guān)鍵詞：仿竹結(jié)構(gòu)薄壁管設(shè)計及其吸能特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：薄壁管不僅是車輛、航天器、武器和飛機等的主要結(jié)構(gòu),也是重要的能量吸收元件,隨著輕量化設(shè)計的增多和安全性能要求的提高,在保障薄壁管強度和剛度的條件下,提高其能量吸收性能面臨著理論、方法和技術(shù)上的挑戰(zhàn)。本研究通過結(jié)構(gòu)仿生原理將竹結(jié)構(gòu)應(yīng)用到薄壁管的結(jié)構(gòu)設(shè)計中,進而提高其能量吸收特性。根據(jù)竹節(jié)沿生長方向梯度分布的結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計了具有仿生截面和竹節(jié)的吸能結(jié)構(gòu)。軸向沖擊仿真得出,無節(jié)仿生吸能結(jié)構(gòu)10B的比吸能為34.35kJ/kg,較普通圓管提高了61.4%;單節(jié)仿生吸能結(jié)構(gòu)11YP的比吸能為32.5kJ/kg,較普通圓管提高了52.7%;雙節(jié)仿生吸能結(jié)構(gòu)12YP的比吸能為28.55kJ/kg,較普通圓管提高了23.68%。橫向沖擊仿真得出,10B的比吸能為3.37kJ/kg,較普通圓管提高了1.26倍;11YP的比吸能為3.72kJ/kg,較普通圓管提高了1.49倍;12YP的比吸能為6.82kJ/kg,較普通圓管提高了2.69倍。分析得出,由于金屬與竹材的材料差異,節(jié)結(jié)構(gòu)不能提高金屬薄壁結(jié)構(gòu)的軸向吸能,但加 節(jié)‖能提高軸向沖擊下的載荷穩(wěn)定性,且節(jié)結(jié)構(gòu)能明顯提高橫向載荷和吸能。根據(jù)竹材沿生長方向直徑逐漸變細的結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計出變直徑薄壁吸能管。仿真分析得出,一階薄壁結(jié)構(gòu)VD2-5的軸向比吸能和平均載荷最高,分別為30.32kJ/kg和42.32kN,比普通圓管的比吸能和平均載荷稍高;兩階薄壁結(jié)構(gòu)VD3-1的軸向比吸能為25.4kJ/kg,比普通圓管提高了17.6%。分析表明,變直徑結(jié)構(gòu)受到軸向沖擊時,上端細管會陷進下端粗管中,細管與粗管之間發(fā)生摩擦、擠壓等作用,不僅能夠改變薄壁結(jié)構(gòu)的變形次序,而且能夠增大能量吸收。根據(jù)竹青到竹黃維管束密度梯度變化,設(shè)計出徑向變材料組合管。軸向沖擊仿真分析得到,鋼管、鋁管和鋼鋁組合管的比吸能為10.5kJ/kg、27.6kJ/kg和12.38kJ/kg,鋼鋁組合管的比吸能在鋁管和鋼管的比吸能之間。對仿生截面2的薄壁結(jié)構(gòu)進行泡沫鋁填充,仿真得出添加泡沫鋁的薄壁結(jié)構(gòu)20B-AF的平均載荷為80kN,比無泡沫鋁填充薄壁結(jié)構(gòu)20B的平均載荷提高了25%;20B-AF的吸能為6.25kJ,比20B的吸能提高了26%。根據(jù)仿真結(jié)果,選擇并加工了8個仿竹薄壁結(jié)構(gòu),通過落錘試驗測試其軸向能量吸收,試驗與仿真結(jié)果趨勢一致。帶節(jié)仿生試樣試驗表明,具有仿生截面1的3D-1系列、具有仿生截面2的3D-2和具有圓形截面的3D-03帶節(jié)薄壁結(jié)構(gòu)的初始峰值載荷分別為190kN、145.36kN和44.98kN,呈依次下降趨勢。3D-03的吸能最大為1.5kJ,比3D-21小2.7kJ,綜合考慮變形量和吸能,3D-21試樣的吸能性較高,且能夠節(jié)省成本。變直徑試樣試驗表明,變直徑薄壁結(jié)構(gòu)的上下端厚度變化對其吸能特性的影響較大,上下端長度對其吸能特性的影響較小,且在受到軸向沖擊時,發(fā)生斷裂。
【關(guān)鍵詞】：薄壁結(jié)構(gòu) 仿生設(shè)計 竹結(jié)構(gòu) 能量吸收 落錘試驗
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB47;Q811
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 研究背景與意義11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-20
• 1.2.1 薄壁管國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.2 結(jié)構(gòu)仿生學的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.3 竹材及其仿生研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3 課題來源與技術(shù)路線20-21
• 1.3.1 課題來源20
• 1.3.2 技術(shù)路線20-21
• 1.4 研究目的和主要內(nèi)容21-23
• 1.4.1 研究目的21
• 1.4.2 主要內(nèi)容21-23
• 第2章 仿竹節(jié)吸能結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與分析23-47
• 2.1 引言23
• 2.2 單竹節(jié)薄壁吸能結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真分析23-28
• 2.2.1 單竹節(jié)薄壁結(jié)構(gòu)截面23-24
• 2.2.2 單竹節(jié)薄壁結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計24-25
• 2.2.3 單竹節(jié)薄壁結(jié)構(gòu)軸向吸能仿真25-27
• 2.2.4 單竹節(jié)薄壁結(jié)構(gòu)橫向吸能仿真27-28
• 2.3 雙竹節(jié)薄壁吸能結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真分析28-32
• 2.3.1 雙竹節(jié)薄壁結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計28-29
• 2.3.2 雙竹節(jié)薄壁結(jié)構(gòu)軸向吸能仿真29-31
• 2.3.3 雙竹節(jié)薄壁結(jié)構(gòu)橫向吸能仿真31-32
• 2.4 竹節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與仿真分析32-36
• 2.4.1 竹節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計32-33
• 2.4.2 節(jié)結(jié)構(gòu)對軸向吸能影響33-35
• 2.4.3 節(jié)結(jié)構(gòu)對橫向吸能影響35-36
• 2.5 節(jié)對薄壁圓管吸能的影響36-46
• 2.5.1 雙竹節(jié)圓管吸能仿真分析36-40
• 2.5.2 三節(jié)圓管吸能仿真分析40-46
• 2.6 本章小結(jié)46-47
• 第3章 變直徑仿竹吸能結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析47-69
• 3.1 引言47
• 3.2 一階薄壁管結(jié)構(gòu)設(shè)計47-53
• 3.2.1 一階薄壁管結(jié)構(gòu)設(shè)計47-49
• 3.2.2 一階薄壁管的仿真分析49-53
• 3.3 兩階薄壁管的結(jié)構(gòu)設(shè)計與尺寸優(yōu)化53-61
• 3.3.1 等長度薄壁管仿真分析54-55
• 3.3.2 等長度薄壁管尺寸優(yōu)化55-61
• 3.4 吸能結(jié)構(gòu)徑向設(shè)計與分析61-64
• 3.4.1 組合管的結(jié)構(gòu)設(shè)計61-62
• 3.4.2 組合管仿真分析62-64
• 3.5 內(nèi)部填充泡沫鋁材料的薄壁管仿真分析64-67
• 3.5.1 泡沫鋁填充圓管的仿真驗證64-66
• 3.5.2 泡沫鋁填充薄壁結(jié)構(gòu)仿真分析66-67
• 3.6 本章小結(jié)67-69
• 第4章 仿竹薄壁吸能結(jié)構(gòu)試驗研究69-81
• 4.1 引言69
• 4.2 加節(jié)仿生薄壁結(jié)構(gòu)的試驗研究69-74
• 4.2.1 試樣制備69-70
• 4.2.2 落錘試驗70-72
• 4.2.3 結(jié)果與分析72-74
• 4.3 變直徑管的試驗研究74-77
• 4.3.1 變直徑樣件的制備74-75
• 4.3.2 落錘沖擊試驗75-76
• 4.3.3 結(jié)果與分析76-77
• 4.4 仿真與試驗對比77-78
• 4.5 本章小結(jié)78-81
• 第5章 總結(jié)與展望81-83
• 5.1 主要結(jié)論81-82
• 5.2 研究展望82-83
• 參考文獻83-89
• 致謝89-91
• 導師及作者簡介91

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  本文關(guān)鍵詞：仿竹結(jié)構(gòu)薄壁管設(shè)計及其吸能特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：387027