本文選題：薄壁圓管　切入點(diǎn)：屈曲　出處：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：薄壁圓管作為一種比較常見的能量吸收構(gòu)件,具有自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在軸向載荷下發(fā)生褶皺屈曲變形,屈曲壓實(shí)過程能量吸收可控的優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛的應(yīng)用于車輛安全、施工工程等與碰撞安全密切相關(guān)的領(lǐng)域。對(duì)軸向載荷下薄壁圓管的屈曲變形行為的研究從上個(gè)世紀(jì)60年代開始陸續(xù)出現(xiàn),但這些文獻(xiàn)大多針對(duì)均勻壁厚的薄壁圓管的褶皺變形形態(tài)開展實(shí)驗(yàn)及理論分析研究,而對(duì)梯度圓管在動(dòng)態(tài)載荷下的動(dòng)力響應(yīng)行為卻鮮有報(bào)道。近年來關(guān)于泡沫材料軸向沖擊過程中的沖擊波模型研究的大量涌現(xiàn),為軸向沖擊載荷下薄壁圓管動(dòng)力響應(yīng)的研究模型的建立提供了新的思路。本文通過對(duì)動(dòng)態(tài)載荷下均勻壁厚圓管屈曲變形的研究分析,將沖擊波模型應(yīng)用于圓管在軸向沖擊下的變形過程,分析了薄壁圓管軸向沖擊下的動(dòng)力響應(yīng)特征及吸能緩沖特性。將理論模型與有限元模擬結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)直接使用薄壁圓管初始壁厚并不能很好地預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)變形過程中配重塊的速度變化規(guī)律,將模型中使用的圓管壁厚修正為其在屈曲變形過程中實(shí)際壓實(shí)的壁厚,得到修正后的理論模型計(jì)算結(jié)果與有限元模擬結(jié)果吻合較好,證明了修正后的理論模型能夠較好地預(yù)測(cè)軸向動(dòng)態(tài)載荷下薄壁圓管的動(dòng)力響應(yīng)。在均勻壁厚圓管的沖擊波模型的基礎(chǔ)上,本文提出了外徑不變,壁厚隨圓管軸向變化的梯度圓管。當(dāng)梯度圓管薄壁側(cè)為沖擊端時(shí),沖擊過程中的屈曲褶皺會(huì)從沖擊端產(chǎn)生;而當(dāng)梯度圓管厚壁側(cè)為沖擊端時(shí),圓管兩側(cè)都會(huì)產(chǎn)生屈曲變形,本文對(duì)這兩種工況下分別進(jìn)行理論推導(dǎo)和有限元模擬,并分析了無量綱參數(shù)(質(zhì)量比、厚徑比、梯度參數(shù))對(duì)結(jié)構(gòu)吸能特性的影響�？梢缘玫降慕Y(jié)論包括:使用沖擊波模型可以較好地預(yù)測(cè)軸向沖擊載荷下均勻和梯度薄壁圓管的緩沖吸能過程;梯度圓管的緩沖吸能特性優(yōu)于均勻圓管,且圓管壁厚差越大,緩沖吸能性能越好。
[Abstract]:As a relatively common energy absorption component, thin walled circular pipe has the advantages of stable structure, fold buckling and deformation under axial load, controllable energy absorption during buckling and compaction, so it is widely used in vehicle safety. The research on buckling and deformation behavior of thin-walled circular pipe under axial load has appeared since -40s. However, most of these documents have carried out experimental and theoretical analysis on the shape of fold and deformation of thin-walled circular tubes with uniform wall thickness. However, there are few reports on the dynamic response behavior of gradient circular tubes under dynamic loading. In recent years, a large number of researches on shock wave models during axial impact of foam materials have emerged. This paper provides a new idea for the establishment of dynamic response model of thin-walled circular pipe under axial impact load. In this paper, the buckling deformation of uniform thick circular tube under dynamic load is studied and analyzed. The shock wave model is applied to the deformation process of a circular tube under axial impact. The characteristics of dynamic response and energy absorption and cushioning of thin-walled circular tubes under axial impact are analyzed. Comparing the theoretical model with the results of finite element simulation, it is found that the direct use of initial wall thickness of thin-walled circular pipes can not predict the deformation process of structures well. The law of velocity variation of medium weight distribution block, The wall thickness of the circular pipe used in the model is modified to the actual compacted wall thickness in the process of buckling and deformation. The calculated results of the modified theoretical model are in good agreement with the results of the finite element simulation. It is proved that the modified theoretical model can predict the dynamic response of thin-walled circular tubes under axial dynamic loading. On the basis of the shock wave model of uniform wall thick circular tubes, it is proposed that the external diameter is invariant. When the thin-walled side of the gradient tube is the impact end, the buckling fold will occur from the impact end, and when the thick wall side of the gradient tube is the impact end, the buckling deformation will occur on both sides of the pipe. In this paper, theoretical derivation and finite element simulation are carried out under these two conditions, and dimensionless parameters (mass ratio, thick-diameter ratio, thickness to diameter ratio) are analyzed. The results are as follows: shock wave model can be used to predict the energy absorption process of uniform and gradient thin-walled tubes under axial shock loading; The buffer energy absorption of gradient circular tube is better than that of uniform circular tube, and the bigger the wall thickness difference is, the better the buffer energy absorption performance is.
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O347.3

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本文編號(hào)：1641041