重復(fù)碰撞現(xiàn)象廣泛存在于工程領(lǐng)域中,其力學(xué)行為遠(yuǎn)比單次碰撞復(fù)雜。柔性結(jié)構(gòu)重復(fù)碰撞涉及結(jié)構(gòu)響應(yīng)行為、應(yīng)力波傳播以及局部碰撞接觸變形行為。已有的研究表明,低速碰撞也可能使局部碰撞區(qū)域的應(yīng)力超過材料屈服應(yīng)力,從而在接觸區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生塑性變形。針對單次碰撞的局部彈塑性接觸行為,已經(jīng)提出了若干不同的彈塑性接觸模型。針對單次碰撞問題,為了模擬結(jié)構(gòu)響應(yīng)及應(yīng)力波的傳播,也提出了若干分析結(jié)構(gòu)碰撞動態(tài)響應(yīng)的方法。但所提出的專門分析重復(fù)碰撞接觸行為和重復(fù)碰撞結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析模型和分析方法,仍然較少。對重復(fù)碰撞問題分析的通常方法是,將針對單次碰撞的接觸模型和碰撞結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方法,略加改造,直接用于重復(fù)碰撞問題的研究。但是,這些接觸模型和結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方法是否合適,以及其應(yīng)用的精確性等缺乏研究。本文選擇鋼球與彈塑性梁的重復(fù)碰撞作為研究對象,采用理論方法和實(shí)驗(yàn)方法,比較研究不同的接觸模型和不同的碰撞結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方法。本文的主要研究工作包括:(1)分析和歸納常用的彈塑性接觸模型。根據(jù)接觸加載的分區(qū)形式,建立模型的分析方法,接觸力與壓下量的關(guān)系的格式等,將常用的接觸模型進(jìn)行分類,并補(bǔ)充重復(fù)接觸加載定律,以適用于重復(fù)彈塑性碰撞問題的研究。(2)借助重復(fù)碰撞實(shí)驗(yàn)裝置,對鋼球與彈塑性梁的低速重復(fù)碰撞行為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。詳細(xì)測量了接觸時間、鋼球分離速度、殘余塑性變形、恢復(fù)系數(shù)及應(yīng)力響應(yīng),得到了相應(yīng)的重復(fù)碰撞響應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。(3)運(yùn)用等效加載和卸載剛度,提出了重復(fù)彈塑性接觸的加載和卸載線性化方法,可對已有的接觸模型進(jìn)行線性化。結(jié)合兩自由度彈簧-質(zhì)量-阻尼模型,可得到柔性結(jié)構(gòu)重復(fù)彈塑性碰撞響應(yīng)的解析解,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。(4)針對重復(fù)碰撞引起的結(jié)構(gòu)高階振動模態(tài)及應(yīng)力波傳播的影響,利用瞬態(tài)波特征函數(shù)法結(jié)合接觸模型,推導(dǎo)了彈塑性梁中心重復(fù)碰撞響應(yīng)的理論解。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該理論方法的有效性,并研究了高階振動模態(tài)的影響及結(jié)構(gòu)中應(yīng)力波的傳播現(xiàn)象。(5)針對求解重復(fù)碰撞結(jié)構(gòu)響應(yīng)的5種方法,即等效彈簧-質(zhì)量法、等效彈簧-質(zhì)量-阻尼法、近似積分法、模態(tài)疊加法和瞬態(tài)波特征函數(shù)法,對彈塑性梁重復(fù)碰撞響應(yīng)進(jìn)行對比研究和分析。通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比發(fā)現(xiàn):波效應(yīng)對重復(fù)碰撞接觸時間的影響不大;接觸時間可通過等效彈簧-質(zhì)量法進(jìn)行求解;波效應(yīng)對涉及能量損失的殘余塑性變形、碰撞分離速度及恢復(fù)系數(shù)影響比較大,等效彈簧-質(zhì)量法不再適用,需采用似積分法、模態(tài)疊加法或瞬態(tài)波特征函數(shù)法進(jìn)行求解。(6)選取6個不同的接觸模型,結(jié)合近似積分法,對彈塑性梁的重復(fù)碰撞響應(yīng)進(jìn)行了對比分析。通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比發(fā)現(xiàn):這些接觸模型可應(yīng)用于彈塑性梁重復(fù)碰撞問題研究,但不同的接觸模型預(yù)測的碰撞響應(yīng)結(jié)果不同。同時,同一個接觸模型并不能很好的預(yù)測所有類型的碰撞響應(yīng)。(7)選取20個彈塑性接觸模型及有限元模型,對彈塑性半空間的碰撞進(jìn)行了對比研究,分析引起碰撞響應(yīng)預(yù)測結(jié)果差異的原因。對比分析結(jié)果表明,預(yù)測結(jié)果的差異與兩個模型參數(shù)選取存在強(qiáng)相關(guān)性。它們是初始塑性屈服壓下量和卸載等效曲率半徑。如果由該兩個模型參數(shù)構(gòu)造出合理的新參數(shù),則預(yù)測值與這些新參數(shù)成顯著的線性相關(guān)性。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O342
【部分圖文】：

}瑁瓓鄭哄義希卞危棋義賢跡玻鼻蛐謂喲ヌ寮湎嗷パ顧蹂義希玻保駁芐越喲パ沽Ψ植嫉模齲椋歟旖忮義險攵栽倉材誆渴芫妊沽Φ奈侍飩辛朔治觶雋嗽倉材詰鄖胨苠義閑鄖撓αΡ澩鍤�。壤_跡玻菜荊≡倉駁鬧行奈悖⒓輳ǎ潁�。詡}插義夏謔芫妊沽Γ鸕淖饔煤螅誥侗湮ㄔ寄誥段媯歟＃�，宛q侗湮ㄔ及刖跺義銜

本文編號：2813310