研究薄壁開孔圓管的軸向耐撞性有助于其在緩沖、吸能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。通過分別考慮開孔區(qū)域和未開孔區(qū)域的能量吸收特征并引入材料的應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng),根據(jù)塑性鉸理論建立了軸向荷載下開孔圓管軸對稱壓潰模式的理論模型,得到了彎曲應(yīng)變能、拉伸應(yīng)變能、平均壓潰力、比吸能的解析表達(dá)式。分析結(jié)果表明:該理論模型的預(yù)測結(jié)果與數(shù)值和實驗結(jié)果相吻合;正則化平均壓潰力會隨半皺褶長細(xì)比的降低而顯著增加;單層孔數(shù)對正則化平均壓潰力的影響會隨管壁厚度的增加或孔半徑的減小而降低;比吸能可通過減少單層孔數(shù)或減小孔半徑提高。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

開孔圓管的幾何模型和理論模型

使用基于時間步長的顯式有限元軟件ABAQUS/Explicit對薄壁開孔圓管的軸向耐撞性進(jìn)行數(shù)值模擬。幾何參數(shù)為L=96 mm,R/t=14.25,R/r=19.00,h/t=9.6的開孔圓管的數(shù)值模型如圖 3所示。在ABAQUS中需提供材料的真實應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)[23]。因此,將試驗測得的2A12鋁合金工程-應(yīng)力應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)化為圖 4所示的真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線,并離散化后輸入軟件中。使用剛性板模擬試驗機(jī)的上、下壓盤。分別使用4節(jié)點線性殼單元S4R和4節(jié)點離散剛體單元R3D4對開孔圓管和剛性板進(jìn)行網(wǎng)格劃分,且將全局網(wǎng)格的尺寸設(shè)置為管直徑的六十分之一。無需約束開孔圓管任意節(jié)點處的自由度。將下剛性板所有自由度和上剛性板除豎向平動之外的自由度完全約束。為提高求解效率,對上剛性板沿平滑幅值曲線[24]施加百分之九十管長的位移(86.4 mm),并設(shè)置加載時間為0.086 4 s(即平均加載速度為1 m/s)。對數(shù)值模型設(shè)置整體的通用接觸以模擬系統(tǒng)各處的相互作用,摩擦因數(shù)設(shè)置為0.2[25]。 最后,使用一臺配備24 核心Xeon 處理器的圖形工作站對數(shù)值模型進(jìn)行計算,平均計算時間約為2～3 h。圖3 材料的真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖2 開孔圓管的數(shù)值模型需要注意的是,開孔圓管數(shù)值模型的單元類型基于減縮積分理論,且對上剛性板設(shè)置的加載速度遠(yuǎn)大于實際的準(zhǔn)靜態(tài)加載。因此,可根據(jù)能量比Ekin/Eint和Eart/Eint來確定數(shù)值模型的可靠性。其中,Ekin,Eart和Eint分別為動能、偽應(yīng)變能和內(nèi)能。圖4為圖2所示數(shù)值模型的能量比。由圖4(a)可知,動能與內(nèi)能之比小于千分之一,充分說明該系統(tǒng)是準(zhǔn)靜態(tài)的;由圖4(b)可知,偽應(yīng)變能與內(nèi)能之比小于百分之五,則可認(rèn)為網(wǎng)格尺寸和單元選擇是合理的。因此,驗證了數(shù)值模型的可靠性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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