由于受軸向沖擊的薄壁管與汽車受到正面碰撞時的吸能機理相同,且隨著復合材料的廣泛應(yīng)用,作為具有緩沖吸能性能的玻璃鋼薄壁管受到了越來越多的重視。為了減小碰撞時所造成的損失,使用具有能量吸收作用的承載結(jié)構(gòu)在其變形中吸收能量是十分關(guān)鍵的。因此,研究玻璃鋼薄壁管及鋁合金薄壁管結(jié)構(gòu)的緩沖吸能特性顯得尤為重要。應(yīng)用有限元法研究了玻璃鋼薄壁管在軸向沖擊載荷作用下的抗沖擊性能,分析了玻璃鋼薄壁管上端面中點處的位移、速度、加速度響應(yīng)和薄壁管的截面形狀、壁厚對其變形模式、抗沖擊性能及吸能能力的影響。與實驗結(jié)果進行對比后,發(fā)現(xiàn)兩者在力-位移曲線、吸能量、比吸能方面吻合較好。通過分析不同壁厚玻璃鋼薄壁管的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及力-位移曲線,結(jié)果表明圓管的抗沖擊性能較方管好,增加壁厚有助于提高薄壁管的吸能性。采用有限元法研究了軸向沖擊加載條件下的不同截面但同周長的鋁合金薄壁管,驗證了有限元模型的可靠性�；诳煽康挠邢拊Ｐ�,研究了不同截面多邊形鋁合金薄壁管的吸能特性,分析了含誘導缺陷正六邊形鋁合金薄壁管結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)對其吸能特性的影響。研究結(jié)果表明,誘導孔長度和寬度對其吸能特性有較明顯的影響,合理的選擇各因素能夠有效的... 

【文章來源】：寧波大學浙江省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

玻璃鋼材料在各個領(lǐng)域的應(yīng)用[6-7]

玻璃鋼和含誘導缺陷鋁合金薄壁管沖擊特性的有限元分析-2-與玻璃鋼材料相比，鋁合金材料具有制造成本低、延展性好及穩(wěn)定的塑性變形模式等優(yōu)點。且隨著對汽車和駕駛速度的需求不斷增加，駕駛員和乘客的安全性變得越來越重要。車輛安全性能評估不僅基于包括汽車內(nèi)置的電子系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等在發(fā)生事故之前提醒駕駛員安全駕駛的內(nèi)部系統(tǒng)，還基于安全帶、安全氣囊及前端和側(cè)面結(jié)構(gòu)等在發(fā)生事故后減輕駕駛員及乘客傷害的外部系統(tǒng)[8]。汽車的外部系統(tǒng)已經(jīng)逐漸受到了越來越多的重視，所以，具有吸能緩沖作用的鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)就成為了研究的重點。汽車吸能盒是汽車保險杠系統(tǒng)中的重要零部件，也是當汽車發(fā)生碰撞時保護人員安全的重要吸能結(jié)構(gòu)[9]。據(jù)相關(guān)研究表明，汽車在以48km/h的速度行駛過程中發(fā)生正面碰撞時，前縱梁吸收了約50%~70%的能量[10]�；谄囀艿秸媾鲎矔r，通過改變截面形狀或改變結(jié)構(gòu)的鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)作為汽車吸能盒或前縱梁的一種常用吸能結(jié)構(gòu)具有很重要的研究價值。如圖1.2所示。為了減小碰撞時的峰值力，有關(guān)玻璃鋼材料和鋁合金材料的新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計也受到了越來愈多的關(guān)注。圖1.2鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)在汽車中的應(yīng)用[11]Fig.1.2Applicationofaluminumalloythin-walledstructureinautomobile1.2研究意義能量吸收系統(tǒng)主要由薄壁結(jié)構(gòu)組成，薄壁結(jié)構(gòu)的吸能效果直接影響到能量吸收系統(tǒng)的吸能能力。能量吸收系統(tǒng)的吸能能力的分析通常采用實驗和有限元分析。采用有限元分析能夠很好的描述結(jié)構(gòu)能量吸收響應(yīng)的過程，這對于分析吸能結(jié)構(gòu)的力學性能具有重要意義。采用有限元法對玻璃鋼薄壁管在軸向沖擊載荷作用下的抗沖擊性能進行了有限元分析，得到了玻璃鋼薄壁管的動態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變和力-變形曲線，與實驗結(jié)果吻合較好。玻璃鋼

玻璃鋼和含誘導缺陷鋁合金薄壁管沖擊特性的有限元分析-8-點六面體線性縮減積分單元(C3D8R)，入射桿和透射桿單元數(shù)量分別為9000和5000，并對霍普金森壓桿的加載端、霍普金森壓桿與試件的接觸部分進行網(wǎng)格細化，霍普金森壓桿與試件的接觸類型選擇Surface-to-surfacecontact，為減少沙漏效應(yīng)，接觸算法采用罰函數(shù)法，罰函數(shù)系數(shù)取0.2，試件采用自接觸，且對壓桿和試件進行共軸約束，使其沿X軸方向平動。玻璃鋼薄壁管模型的單元類型采用八結(jié)點四邊形面內(nèi)通用連續(xù)殼減縮積分(SC8R)。玻璃鋼圓管、厚度為5mm的方管以及厚度為3mm的方管單元數(shù)量分別為12168、12728、11280。玻璃鋼薄壁管鋪層方式為[±90°]3，并定義沿殼單元厚度方向來模擬玻璃鋼薄壁管鋪層的角度。采用分割法對試件進行切分，并用Sweep(掃掠)劃分網(wǎng)格，定義沿薄壁管內(nèi)壁至外壁為鋪層順序。圖2.1SHPB實驗的有限元模型Fig.2.1FiniteelementmodelofSHPBtests表2.1玻璃鋼薄壁管的尺寸參數(shù)Tab.2.1ThedimensionsparametersofGFRPthin-walledtube玻璃鋼薄壁管δ/mmh/mmd/mml/mmw/mm圓管方管方管55358586060———5050—5050表2.2玻璃鋼薄壁管的材料性能Tab.2.2MaterialpropertiesofGFRPthin-walledtube1/(kg·m-3)EX/GPaEY/GPaEZ/GPaGXY/GPaGXZ/GPaGYZ/GPaXYXZYZ170052.715.815.85.465.465.80.280.280.0992.3玻璃鋼薄壁管沖擊加載與失效判據(jù)根據(jù)實驗所得入射脈沖[78]，經(jīng)實驗數(shù)據(jù)處理得到的系數(shù)490.56，將入射脈沖信號乘以該系數(shù)即為應(yīng)力波，在入射桿端面直接加載應(yīng)力波形，沖擊載荷波形如圖2.2所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]復合材料圓柱殼緩沖吸能特性的力學分析[D]. 宋毅.暨南大學 2008



本文編號：3236238