薄壁吸能結構廣泛應用于汽車、船舶、航空航天等工業(yè)領域,是碰撞過程中耗散沖擊動能、緩沖吸能的主要構件。但其在設計過程中面臨輕量化和高效吸能的矛盾。因此,設計并優(yōu)化輕質且耐撞的薄壁吸能結構,引起國內外學者的廣泛關注。研究基于工程仿生學原理和相似性理論對傳統(tǒng)薄壁吸能結構進行優(yōu)化改進,將仿生學與結構耐撞性設計相結合來提高吸能結構的耐撞吸能效率。研究選取自然界中具有優(yōu)異耐撞性能的輕質管狀填充材料牦牛角為生物原型,整角承載性試驗結果表明:牦牛角最大承載力為11.8 kN,能夠承受3⁵次整角準靜態(tài)壓縮試驗。并對牦牛角段狀試樣進行準靜態(tài)壓縮和落錘動態(tài)沖擊試驗,結果表明:底部、中部和頂部試樣的總吸能分別為3.04 kJ、1.52 kJ和0.8 kJ,極限強度分別為76.97 MPa、65.73 MPa和56.02 MPa,抗壓性能和吸能效率表現出從頂部到底部逐漸減小的梯度特征。牦牛角破壞模式呈現出一種自頂部到底部逐漸屈曲的變形模式。牦牛角的宏觀結構分析表明,牦牛角是一種錐形管狀填充結構,主要由角質外殼和骨芯兩部分組成,SEM圖像觀察表明角質外殼是由無數個角蛋白薄片堆疊而成的層狀結構... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

帶圓孔的方管受斜向壓縮Han[19]分析了斜向荷載作用下方形管在軸向和彎曲兩種加載形式下的破壞

吉林大學碩士學位論文4圖1.2錐形管斜向壓縮Seitzberger[23]對填充泡沫鋁的鋼管進行準靜態(tài)軸壓試驗研究，研究不同截面管材和填料布置在軸向壓縮下結構件的破壞行為，對不同材料、尺寸和截面形狀的單管和雙管、空心和填充鋼管進行了準靜態(tài)壓縮試驗（圖1.3）。泡沫鋁是采用粉末冶金生產工藝生產的一種填充材料。試驗結果證實，雖然泡沫的存在導致沖程長度的縮短，但在能量吸收方面也可以獲得相當大的效率改善。張雄[24]基于SSPE理論，對鋁制多胞薄壁方管在軸向壓潰下的能量吸收進行理論推導，發(fā)現同樣質量的金屬多胞管較金屬泡沫填充管能量吸收效率高出近一倍，推導出平均載荷公式。亓昌[25,26]研究了多胞薄壁錐形管斜向沖擊時的耐撞性能，研究表明：多胞錐形管比直管與單胞管在斜向沖擊時的耐撞性能好，多胞薄壁錐形管的截面尺寸、錐度和壁厚與多胞薄壁錐形管在大角度斜向沖擊下的耐撞性能有明顯聯系。侯淑娟[27]基于顯式有限元技術，利用響應面法以結構的比吸能為優(yōu)化函數對正方形截面的金屬薄壁梁進行形狀優(yōu)化，得出比吸能關于壁厚和截面邊長的函數關系。中國科學技術大學唐志平[28]利用改進的單脈沖霍普金森壓力桿裝置對不同長徑比和端部約束條件下的鎳鈦合金圓柱殼軸向動態(tài)屈曲響應進行了試驗研究。圖1.3泡沫鋁填充結構

吉林大學碩士學位論文4圖1.2錐形管斜向壓縮Seitzberger[23]對填充泡沫鋁的鋼管進行準靜態(tài)軸壓試驗研究，研究不同截面管材和填料布置在軸向壓縮下結構件的破壞行為，對不同材料、尺寸和截面形狀的單管和雙管、空心和填充鋼管進行了準靜態(tài)壓縮試驗（圖1.3）。泡沫鋁是采用粉末冶金生產工藝生產的一種填充材料。試驗結果證實，雖然泡沫的存在導致沖程長度的縮短，但在能量吸收方面也可以獲得相當大的效率改善。張雄[24]基于SSPE理論，對鋁制多胞薄壁方管在軸向壓潰下的能量吸收進行理論推導，發(fā)現同樣質量的金屬多胞管較金屬泡沫填充管能量吸收效率高出近一倍，推導出平均載荷公式。亓昌[25,26]研究了多胞薄壁錐形管斜向沖擊時的耐撞性能，研究表明：多胞錐形管比直管與單胞管在斜向沖擊時的耐撞性能好，多胞薄壁錐形管的截面尺寸、錐度和壁厚與多胞薄壁錐形管在大角度斜向沖擊下的耐撞性能有明顯聯系。侯淑娟[27]基于顯式有限元技術，利用響應面法以結構的比吸能為優(yōu)化函數對正方形截面的金屬薄壁梁進行形狀優(yōu)化，得出比吸能關于壁厚和截面邊長的函數關系。中國科學技術大學唐志平[28]利用改進的單脈沖霍普金森壓力桿裝置對不同長徑比和端部約束條件下的鎳鈦合金圓柱殼軸向動態(tài)屈曲響應進行了試驗研究。圖1.3泡沫鋁填充結構


本文編號：3124475