本文關(guān)鍵詞：薄壁筒體結(jié)構(gòu)跌落沖擊響應(yīng)研究

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【摘要】：薄壁筒體結(jié)構(gòu)由于比相同截面的實心桿件彎曲強度及屈曲強度高很多，能夠有效吸收沖擊過程中的能量，被廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)、化工工業(yè)、汽車、海洋碼頭以及軍工業(yè)中。而這些管狀構(gòu)件往往管壁較薄，在撞擊載荷下易發(fā)生局部凹陷變形，從而大大降低了整體的承載能力和屈曲強度。通過對薄壁筒體結(jié)構(gòu)進行沖擊載荷下的研究可以發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的薄弱單元進而為進一步對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和設(shè)計提供了有效依據(jù)。 基于擺臂式跌落機、應(yīng)變儀、惠思登電橋以及聲控觸發(fā)系統(tǒng)建立了跌落實驗的應(yīng)變測試系統(tǒng)，通過在薄壁筒體結(jié)構(gòu)表面黏貼應(yīng)變片，測試了該結(jié)構(gòu)于不同工況（內(nèi)空、填沙）和跌落參數(shù)（跌落高度）下發(fā)生水平跌落沖擊時其結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變規(guī)律。得到了薄壁筒體結(jié)構(gòu)在內(nèi)空和填沙兩種工況下結(jié)構(gòu)表面軸向方向的應(yīng)變規(guī)律和環(huán)向方向的應(yīng)變規(guī)律。 為了盡量多的獲取跌落過程中時間和空間上的連續(xù)結(jié)果，還采用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA對薄壁筒體結(jié)構(gòu)進行跌落仿真分析，研究了結(jié)構(gòu)在不同跌落條件下（跌落高度、跌落角度、筒體壁厚）的沖擊響應(yīng)規(guī)律，并分析該結(jié)構(gòu)模型發(fā)生跌落沖擊時其沖擊響應(yīng)參數(shù)（沖擊應(yīng)力、沖擊加速度、沖擊力）隨跌落參數(shù)的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)可以通過改變跌落姿態(tài)和適當增加壁厚來減小跌落沖擊對該結(jié)構(gòu)的破壞強度。通過對薄壁筒體結(jié)構(gòu)在空殼和填沙兩種工況下仿真結(jié)果的對比分析，發(fā)現(xiàn)模型的沖擊響應(yīng)規(guī)律在兩種工況下基本相同，但是填充介質(zhì)后模型發(fā)生跌落沖擊時的應(yīng)力、應(yīng)變、沖擊加速度等沖擊響應(yīng)參數(shù)值均有所增大，通過相同位置處加速度的實驗值與仿真值的對比分析，，驗證了仿真模擬的正確性。 最后，通過對薄壁筒體結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析得到該結(jié)構(gòu)各階固有頻率和不同固有頻率下的振型，在實際應(yīng)用中可以通過避免在其各階固有頻率下進行該類結(jié)構(gòu)的使用，通過避免共振的發(fā)生來減輕對該結(jié)構(gòu)的破壞。
【關(guān)鍵詞】：金屬薄壁筒體結(jié)構(gòu) 跌落實驗 應(yīng)變 ANSYS/LS-DYNA
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB485.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.3 課題研究內(nèi)容16-18
• 第2章 薄壁筒體結(jié)構(gòu)跌落沖擊實驗研究18-44
• 2.1 引言18
• 2.2 應(yīng)變測量技術(shù)及測量原理18-24
• 2.2.1 應(yīng)變片及其測試原理18-19
• 2.2.2 惠斯登電橋及其測試原理19-21
• 2.2.3 應(yīng)變儀及其使用方法21-22
• 2.2.4 擺臂式跌落機及聲控觸發(fā)系統(tǒng)22-24
• 2.3 實驗設(shè)計24-27
• 2.3.1 應(yīng)變片的黏貼及溫度補償25-26
• 2.3.2 實驗步驟26-27
• 2.4 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析27-42
• 2.4.1 空殼狀態(tài)下軸向應(yīng)變規(guī)律分析27-30
• 2.4.2 空殼狀態(tài)下環(huán)向應(yīng)變規(guī)律分析30-34
• 2.4.3 填沙狀態(tài)下軸向應(yīng)變規(guī)律分析34-38
• 2.4.4 填沙狀態(tài)下環(huán)向應(yīng)變規(guī)律分析38-41
• 2.4.5 跌落過程加速度分析41-42
• 2.5 本章小結(jié)42-44
• 第3章 薄壁筒體結(jié)構(gòu)空殼工況下跌落仿真分析44-67
• 3.1 引言44
• 3.2 薄壁筒體結(jié)構(gòu)跌落沖擊模型44-47
• 3.3 薄壁筒體結(jié)構(gòu)跌落數(shù)值仿真47-52
• 3.3.1 接觸算法47-48
• 3.3.2 跌落沖擊動態(tài)響應(yīng)過程48-52
• 3.4 跌落高度對沖擊特性的影響52-58
• 3.4.1 應(yīng)變分析52-54
• 3.4.2 應(yīng)力分析54-56
• 3.4.3 沖擊力分析56-58
• 3.5 跌落角度對沖擊特性的影響58-62
• 3.5.1 應(yīng)力分析58-60
• 3.5.2 加速度分析60-61
• 3.5.3 沖擊力分析61-62
• 3.6 壁厚對沖擊特性的影響62-63
• 3.7 實驗結(jié)果與仿真結(jié)果對比分析63-65
• 3.7.1 實驗與仿真應(yīng)變對比分析63-64
• 3.7.2 實驗與仿真加速度對比分析64-65
• 3.8 本章小結(jié)65-67
• 第4章 薄壁筒體填沙工況下跌落仿真分析67-79
• 4.1 引言67
• 4.2 本構(gòu)模型和材料參數(shù)67-68
• 4.3 仿真結(jié)果分析68-70
• 4.4 跌落高度對沖擊特性的影響70-74
• 4.4.1 應(yīng)變分析70-72
• 4.4.2 應(yīng)力分析72-74
• 4.4.3 沖擊力分析74
• 4.5 跌落角度對填沙模型沖擊特性的影響74-76
• 4.5.1 應(yīng)力分析75
• 4.5.2 加速度分析75-76
• 4.6 實驗結(jié)果與仿真結(jié)果對比分析76-78
• 4.6.1 實驗與仿真應(yīng)變對比分析76-77
• 4.6.2 實驗與仿真加速度對比分析77-78
• 4.7 本章小結(jié)78-79
• 第5章 薄壁筒體模態(tài)分析79-84
• 5.0 引言79
• 5.1 模態(tài)分析理論79-80
• 5.2 模態(tài)分析操作過程80-81
• 5.3 模態(tài)分析81-83
• 5.4 本章小結(jié)83-84
• 結(jié)論和展望84-87
• 參考文獻87-90
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單90-91
• 致謝91

【參考文獻】

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本文編號：741296