本文關(guān)鍵詞：側(cè)向載荷下泡沫鋁填充薄壁金屬圓管的變形與吸能特性，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：薄壁金屬管結(jié)構(gòu)是最常見、最有效的一種吸能元件,已廣泛應(yīng)用于汽車、軌道交通、飛機(jī)和輪船等幾乎所有交通工具以及國防軍備裝置等的碰撞能量緩沖系統(tǒng)當(dāng)中。當(dāng)碰撞發(fā)生時,金屬薄壁元件以不同的模式發(fā)生塑性變形來耗散或吸收沖擊能量。典型的多孔材料如泡沫鋁具有密度小、比吸能高和抗沖擊性能強(qiáng)等優(yōu)點,但由于其自身抗拉、壓、彎、扭等載荷的能力較差,因而應(yīng)用在工程領(lǐng)域時受到一定的限制。將二者組合成填充結(jié)構(gòu)或夾芯結(jié)構(gòu),是一種理想的、高效的能量吸收構(gòu)件。本文以泡沫鋁填充圓管為研究對象,通過理論、實驗以及數(shù)值模擬的方法對側(cè)向準(zhǔn)靜態(tài)載荷和沖擊載荷作用下金屬薄壁圓管和泡沫鋁填充管的變形模式、承載能力和能量吸收特性進(jìn)行了的研究。主要工作如下:基于能量的方法,假定泡沫鋁填充圓管在側(cè)向載荷作用下的吸能由金屬薄壁圓管和泡沫鋁圓柱兩部分的吸能組成,建立了預(yù)測泡沫鋁填充管在側(cè)向壓縮時的瞬時側(cè)向力、平均側(cè)向力和能量吸收的理論公式。與金屬薄壁圓管及泡沫鋁填充管的準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)向壓縮實驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析,結(jié)果表明側(cè)向力與總吸能的理論預(yù)測值與實驗結(jié)果吻合較好,從而驗證了理論模型的合理性。利用建立的理論公式研究了金屬薄壁圓管的幾何尺寸與泡沫鋁材料的力學(xué)性能對金屬薄壁圓管與泡沫鋁填充圓管的側(cè)向力、平均側(cè)向力和總吸能的影響,結(jié)果表明泡沫鋁填充圓管在準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)向壓縮載荷作用下,其瞬時側(cè)向力、平均側(cè)向力和總吸能均高于金屬薄壁圓管;泡沫鋁填充管的側(cè)向壓縮力和總吸能隨管長度、壁厚和直徑的增加而增大;當(dāng)填充材料泡沫鋁密度增大時,填充管的總吸能與側(cè)向壓縮力增加。研究了泡沫鋁填充薄壁金屬圓管在側(cè)向沖擊載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)。利用有限元軟件LS-DYNA對薄壁金屬圓管和泡沫鋁填充管受側(cè)向沖擊載荷進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比,驗證了有限元模型的合理性與計算結(jié)果的精確性。在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地分析了薄壁金屬圓管與泡沫填充管的長度、直徑、壁厚、泡沫鋁的密度、沖擊速度等因素對其變形規(guī)律與吸能特性的影響。在側(cè)向沖擊載荷作用下泡沫鋁填充管的壓潰可以分為三個階段,初始碰撞階段、塑性變形階段和密實化階段;當(dāng)沖擊速度超過一定數(shù)值時,填充管的變形模式發(fā)生改變,由對稱變形變?yōu)榉菍ΨQ的變形。與薄壁金屬圓管相比,泡沫鋁填充管的側(cè)向沖擊載荷、總吸能與比吸能顯著增大。管的幾何尺寸、泡沫鋁密度、沖擊速度等對泡沫填充管的吸能性能影響較大。
【關(guān)鍵詞】：泡沫鋁填充管 側(cè)向壓縮力 能量吸收 變形規(guī)律
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21;TB34
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景及意義10-13
• 1.2 泡沫金屬填充金屬薄壁管的研究現(xiàn)狀13-20
• 1.2.1 金屬薄壁管的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.2 泡沫金屬材料的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.3 泡沫金屬填充管的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容20-22
• 第二章 側(cè)向壓縮泡沫鋁填充薄壁金屬圓管的理論研究22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 理論模型的建立22-25
• 2.2.1 金屬薄壁圓管的側(cè)向壓縮力22-23
• 2.2.2 泡沫鋁的側(cè)向壓縮力23-25
• 2.2.3 泡沫鋁填充管的側(cè)向壓縮力25
• 2.3 準(zhǔn)靜態(tài)實驗25-27
• 2.3.1 實驗材料25
• 2.3.2 實驗裝置25-27
• 2.4 結(jié)果與討論27-35
• 2.4.1 吸能評價指標(biāo)30-31
• 2.4.2 單位管長度上的側(cè)向力31
• 2.4.3 壁厚的影響31-32
• 2.4.4 直徑的影響32-34
• 2.4.5 泡沫鋁密度的影響34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第三章 側(cè)向沖擊載荷下泡沫鋁填充管的變形與吸能36-52
• 3.1 引言36
• 3.2 沖擊實驗裝置與試件36-38
• 3.2.1 試件36-37
• 3.2.2 實驗設(shè)備37-38
• 3.3 有限元模擬與分析38-50
• 3.3.1 有限元模型的建立38-39
• 3.3.2 有限元模型的驗證39-40
• 3.3.3 模擬結(jié)果與分析40-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 第四章 全文總結(jié)與工作展望52-56
• 4.1 全文總結(jié)52-53
• 4.2 工作展望53-56
• 參考文獻(xiàn)56-62
• 致謝62-64
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64

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