【摘要】：利用有限元軟件ABAQUS對開孔薄壁方管在軸向沖擊載荷作用下的變形規(guī)律與吸能特性進(jìn)行了數(shù)值仿真分析,并根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化。在薄壁方管的每個側(cè)面上開六個長方形孔,通過改變長方形孔的長度和寬度來研究開孔薄壁方管的耐撞性。結(jié)果表明:在研究的范圍內(nèi),除開孔尺寸為20mm×5mm的薄壁方管外,其余開孔薄壁方管的破壞模式為外延式破壞模式,其變形過程為動態(tài)漸進(jìn)屈曲;當(dāng)開孔長度增大時,開孔薄壁方管初始峰值力減小;當(dāng)開孔長度和寬度同時增大時,開孔薄壁方管平均載荷均減小;開孔面積越大,管吸收的能量和比吸能越小;開孔長度不變時,隨著寬度的增大壓縮力效率降低,當(dāng)寬度不變時,隨著長度的增大壓縮力效率增大。基于開孔方管的數(shù)值模擬結(jié)果構(gòu)造了響應(yīng)面模型并對其進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化,給出了Pareto前沿圖,可根據(jù)各目標(biāo)的偏好確定方管的開孔尺寸。
【圖文】：

622應(yīng)用力學(xué)學(xué)報第33卷形過程中能量比率(即總能與初始能量之比)始終在1.0附近波動且波動幅度不超過0.0006，如圖3(b)所示。說明有限元模型計算精度很高，滿足模擬計算的要求。4結(jié)果與分析4.1數(shù)值模擬結(jié)果將有限元模型提交到ABAQUS6.14的Explicit處理器進(jìn)行分析，圖4給出了方管與開孔方管在軸向沖擊載荷作用下的屈曲變形過程。(a)方管(squaretube)(b)開孔管(squaretubewithcutouts)圖4方管與開孔管變形過程Fig.4Thedeformationprocessbetweensquaretubeandsquaretubewithcutouts圖4(a)給出了不開孔方管在軸向沖擊載荷作用下的變形過程，在方管的底部最先發(fā)生屈曲產(chǎn)生第一個向外的褶皺，管的四面分上下兩部分均向里凹，此時方管的整體強(qiáng)度有所下降，隨后依次向上共產(chǎn)生三個褶皺。圖4(b)為開孔管在軸向沖擊載荷作用下的變形過程，在開孔管的底部開孔處最先發(fā)生屈曲產(chǎn)生第一個向外的褶皺，然后從管的頂部開始依次向下共產(chǎn)生四個褶皺。不開孔管與開孔管其兩組對邊的變形方向相同，而相鄰邊的變形方向相反。由于方管的吸能及軸向強(qiáng)度主要依靠四個角上的材料，因此開孔管的應(yīng)力分布主要集中在四個角上，而不開孔管的應(yīng)力分布相對均勻。圖5給出了開孔管在長度a不變時，不同寬度b的力-位移曲線。當(dāng)開孔的寬度b固定、長度a改變時的壓縮力-位移曲線如圖6所示。(a)a=10mm(b)a=15mm(c)a=20mm圖5開孔薄壁方管的力-位移曲線Fig.5Force-displacementofthin-walledsquaretubeswithcutouts從圖5和圖6可知，9種開孔尺寸方管的沖擊力-位移曲線均有四個波峰，原因是開孔薄壁方管產(chǎn)生了四個褶皺。根據(jù)文獻(xiàn)[14]關(guān)于管破壞模式的分類可知，管的破壞模式可分為三種，即對稱式、外延式、金剛石式。模擬結(jié)果中除了開孔管w3-1，其?

622應(yīng)用力學(xué)學(xué)報第33卷形過程中能量比率(即總能與初始能量之比)始終在1.0附近波動且波動幅度不超過0.0006，如圖3(b)所示。說明有限元模型計算精度很高，滿足模擬計算的要求。4結(jié)果與分析4.1數(shù)值模擬結(jié)果將有限元模型提交到ABAQUS6.14的Explicit處理器進(jìn)行分析，圖4給出了方管與開孔方管在軸向沖擊載荷作用下的屈曲變形過程。(a)方管(squaretube)(b)開孔管(squaretubewithcutouts)圖4方管與開孔管變形過程Fig.4Thedeformationprocessbetweensquaretubeandsquaretubewithcutouts圖4(a)給出了不開孔方管在軸向沖擊載荷作用下的變形過程，在方管的底部最先發(fā)生屈曲產(chǎn)生第一個向外的褶皺，管的四面分上下兩部分均向里凹，，此時方管的整體強(qiáng)度有所下降，隨后依次向上共產(chǎn)生三個褶皺。圖4(b)為開孔管在軸向沖擊載荷作用下的變形過程，在開孔管的底部開孔處最先發(fā)生屈曲產(chǎn)生第一個向外的褶皺，然后從管的頂部開始依次向下共產(chǎn)生四個褶皺。不開孔管與開孔管其兩組對邊的變形方向相同，而相鄰邊的變形方向相反。由于方管的吸能及軸向強(qiáng)度主要依靠四個角上的材料，因此開孔管的應(yīng)力分布主要集中在四個角上，而不開孔管的應(yīng)力分布相對均勻。圖5給出了開孔管在長度a不變時，不同寬度b的力-位移曲線。當(dāng)開孔的寬度b固定、長度a改變時的壓縮力-位移曲線如圖6所示。(a)a=10mm(b)a=15mm(c)a=20mm圖5開孔薄壁方管的力-位移曲線Fig.5Force-displacementofthin-walledsquaretubeswithcutouts從圖5和圖6可知，9種開孔尺寸方管的沖擊力-位移曲線均有四個波峰，原因是開孔薄壁方管產(chǎn)生了四個褶皺。根據(jù)文獻(xiàn)[14]關(guān)于管破壞模式的分類可知，管的破壞模式可分為三種，即對稱式、外延式、金剛石式。模擬結(jié)果中除了開孔管w3-1，其?
【作者單位】： 太原理工大學(xué)應(yīng)用力學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程研究所;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(11372209;11172196) 山西省自然科學(xué)基金(2013011005-2)
【分類號】：O347.3

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本文編號：2528051