薄壁圆锥管轴向压缩吸能特性研究

研究薄壁圆锥管轴向压缩吸能特性有助于其合理广泛应用于抗冲击、抗振动结构中。轴向倾角是使得圆锥管轴向压缩性能有别于直管的主要因素。当轴向倾角小于临界角度时,圆锥管平均轴向压缩力随倾角增加而变大但最大初始轴力会线性减小;吸能稳定因子随倾角增加而提高,但是比吸能却相应非线性降低。圆锥管在轴向压缩时过程中存在三种典型变形模式,分别为“钻石-堆叠”模式,“钻石-嵌套”模式及“环形-嵌套”模式,通过对“环形-嵌套”模式变形过程的观测及变形机理分析,建立了相应的理论模型,基于该理论模型给出了圆锥管“环形-嵌套”模式变形时吸能特性的预测方法。     

铝合金蜂窝结构轴向压缩吸能特性

基于轴向平压试验,对不同边长的蜂窝铝吸能特性展开评估,并利用ABAQUS/Explicit软件进行平压试验仿真,仿真结果和试验基本吻合,同时获取了蜂窝铝结构的仿真参数。通过该仿真模型研究了壁厚对蜂窝铝吸能特性的影响,并引入了参数质量比吸能增率,表征质量增率与吸能增率的关系。结果表明,在吸能体积一定的情况下,边长减小或壁厚增加时,吸能增率为质量增率的两倍。     

诱导结构对泡沫铝填充薄壁方管轴向压溃特性影响的研究

建立了泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型,利用试验对泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型的准确性进行了验证。研究了诱导结构的类型和数量对泡沫铝填充薄壁方管的轴向压溃变形模式、初始峰值力、压溃力效率和能量吸收能力的影响,结果表明:设计诱导结构可以提高能量吸收能力、减小初始峰值力、增加压溃力效率,甚至可以改变压溃变形模式。沿薄壁方管的轴向方向合理地增加诱导结构的数量,可以进一步的减小初始峰值力、增加压溃力效率、提高结构的能量吸收能力。通过等级评价方法,确定沿薄壁方管的轴向方向设计4组诱导四角方孔可以使泡沫铝填充薄壁方管获得最佳的综合吸能特性。     

基于ADINA的轴向冲击载荷下薄壁方管屈曲分析

根据屈曲分析的有限元基本理论并基于有限元分析软件ADINA对轴向冲击载荷下薄壁方管进行动力屈曲分析。ADINA的动力屈曲有限元分析分为前处理、求解和后处理三个部分。前处理包括设置单元属性、创建模型、网格划分、定义接触、定义初始条件与约束和设定求解时间。利用ADINA软件进行前处理文件输出提交求解。使用ADINA-Processing对速度进行刷新、演示模拟动画过程并查看分析结果。分析结果表明:基于ADINA对轴向冲击载荷作用下薄壁方管动力屈曲特性分析结果与实验结论相符,该成果对研究冲击载荷作用下薄壁方管的动力屈曲特性具有一定的理论与指导意义。     

圆弧刻槽薄壁圆管轴向压溃吸能特性数值研究

目的为了提高能量吸收效率,设置出一种合理的诱导结构,对吸能构件产生积极影响。方法薄壁圆管设计一种环向圆弧刻槽诱导结构,在不同长径比、径厚比和刻槽深度的条件下研究薄壁结构吸能特性。结果吸能量与圆管长径比和径厚比成反比,初始压溃载荷随刻槽深度增加而减小。结论在不同的条件下,刻槽结构能够有效降低初始载荷,并获得较为平稳的压溃载荷平台。     

薄壁金属管塑性变形缓冲器吸能特性的试验研究

通过试验方法研究了薄壁铝管塑性变形缓冲器在准静态作用下的吸能特性。为了对各种缓冲器的缓冲性能进行综合评价,给出了三类缓冲器缓冲性能的评价方法。分析了薄壁金属管塑性变形缓冲器在工作过程中的变形机理,在此基础上,提出了通过对缓冲器胀环的不定径部分进行预处理,可以大大的提高缓冲器的理想吸能效率,减小缓冲力在工作过程中的波动。最后,对12种经过预处理后的薄壁铝管塑性变形缓冲器进行了试验,结果表明,通过该方法可以大大提高缓冲器的理想吸能效率,验证了该方法的正确性与可行性。     

泡沫铝填充薄壁铝合金方管轴向压缩性能的数值模拟

泡沫铝填充薄壁结构的应用日趋广泛,研究了泡沫铝填充薄壁铝合金方管准静态轴向压缩条件下的力学性能。实验选用铝合金方管作为面板,Al-Mg合金泡沫铝作为夹芯制备泡沫铝填充薄壁铝合金方管。结果表明泡沫铝层合方管与薄壁铝合金方管的变形模式相同,都为对称叠缩变形模式,而且层合方管产生的折叠数比薄壁铝合金方管多。填充泡沫铝后,层合方管承受压力的能力也大大提高。采用ABAQUS软件建立了薄壁铝合金方管的有限元模型进行数值模拟,并且与相应的实验结果作对比,结果表明数值模拟与实验结果基本吻合。     

编织复合材料圆管准静态轴向压缩吸能特性的试验研究

通过二维三向编织复合材料圆管的轴向准静态压缩试验, 分析了编织复合材料圆管的压缩破坏机理和吸能特性, 并探讨了编织参数对吸能特性的影响。试验中观察到4种破坏模式: 分瓣破坏、 局部屈曲、 块状断裂和突发破坏。在纤维体积分数相同的情况下, 随着编织层数的增加和编织角的减小, 圆管的吸能能力有所提高。二维三向编织复合材料圆管是一种较好的吸能材料, 具有较高的单位质量吸能特性。      

CFRP薄壁C型柱轴向压缩破坏机制及吸能特性

为研究碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）薄壁C型柱轴向压缩破坏机制及吸能特性,制备了4种铺层方式、3种厚度组合共12种T700/MTM28 CFRP薄壁C型柱试件。考察C型柱低速轴向压缩过程中的失效模式及载荷变化,通过比较初始峰值载荷、平均压缩载荷、比吸能和载荷效率,分析铺层数及铺层角度对C型柱失效模式及吸能特性的影响。结果表明,纯0°铺层C型柱在轴压载荷作用下发生整体失稳,不具备实际意义上的能量吸收作用;0°/90°铺层、±45°铺层、45°/90°/-45°/0°铺层试件均发生了渐进式破坏,呈现出局部屈曲叠缩的失效模式。其中,45°/90°/-45°/0°铺层的C型柱比吸能随铺层数的增加而增加,具有更大的吸能设计与应用潜力。     

钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件的轴压性能试验研究

钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件是利用在2个独立的GFRP管连接处的内部设置一定长度钢筋笼,再在内部浇注混凝土,而形成的一种新的连续GFRP管混凝土组合构件。近年来,不少国内外研究人员对连续GFRP管混凝土构件的力学性能做了一些研究,而对拼接GFRP管混凝土构件的力学性能研究较少,所以,有必要借助试验,研究其力学性能。该文主要对钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件的轴压性能进行了一定的试验研究,试验结果表明,在荷载达到60%Pu(Pu-极限荷载)左右时,GFRP管开始发挥“套箍”作用,拼接试件破坏位置不同于连续试件发生在一定范围内,而是发生在距连接处一定距离,并且,钢筋连接件的箍筋对混凝土起到约束作用。此外,试件破坏时纵筋均屈服,且纵筋对连接处的变形基本没有影响,拼接试件连接处均未破坏,说明采用低含钢率1.96%即可保证拼接GFRP管轴心受压组合构件正常工作。     

玻璃-环氧圆柱壳的撞击吸能分析

玻璃-环氧圆柱壳(管) 的撞击试验表明它的破坏是渐进过程。根据一维应力波传播理论,提出了圆柱壳受轴向撞击破坏的简化模型, 分析了这一破坏过程中的能量变化。结果表明本文中所提出的模型能较好地描述圆柱壳受轴向撞击吸能过程。      

AZ31B镁合金挤压矩形管的轴向压溃试验与吸能特性分析

对AZ31B镁合金挤压矩形截面管进行准静态轴向压溃试验,研究其破坏模式和吸能特性,并探索管件长度、截面尺寸、倒角诱导因素等对吸能特性的影响。结果发现镁合金矩形管轴向压溃时存在两种破坏模式：整体破坏模式和渐进破坏模式,无倒角时管件发生整体破坏,而管端有倒角时主要从倒角端开始发生渐进破坏。渐进破坏模式有利于管件吸收能量。镁合金管件具有良好的吸能特性,其比吸能优于钢管、铝合金管和复合材料管。     

Q420焊接圆钢管轴心受压稳定性能试验和设计方法研究

该文进行了15个Q420高强度钢材埋弧焊接圆钢管柱轴心受压试验研究,基于试验结果总结了其失稳变形特征,分析比较了15个试件的稳定系数与我国规范柱子曲线计算值的关系,并验证了有限元模型的可靠性。基于有限元参数分析计算结果,对比60个试件的稳定系数与我国规范柱子曲线计算值的关系,对Q420高强度钢材埋弧焊接圆钢管的整体稳定设计方法提出两种建议：一是对于我国规范柱子曲线选择的建议,即对于Q420埋弧焊接圆钢管可以按a类截面计算其稳定承载力;二是更新我国柱子曲线整体稳定系数φ的计算参数α₁、α₂、α₃,建议了一条新的设计曲线。     

局部锈蚀圆钢管构件轴压力学性能正交试验研究

采用三因素三水平正交试验法研究了近海大气环境下环向锈蚀比例、轴向锈蚀比例和锈蚀时间等参数对圆钢管中长柱轴压力学性能的影响,并基于试验结果提出了局部锈蚀圆钢管的轴压承载力计算公式。结果表明：局部锈蚀未改变试件破坏模式,所有试件均为极值点失稳;锈蚀率接近的试件刚度差别不大,但不同锈蚀模式试件的承载力存在较大差异;锈蚀时间、环向锈蚀比例和轴向锈蚀比例对试件承载力和刚度退化的影响依次降低;承载力退化最大的局部锈蚀模式为H3L3-270,所对应各因素平均承载力退化率分别为19.30%、18.47%、22.24%;刚度退化最大的局部锈蚀模式为H1L3-270,所对应各因素平均刚度退化率分别为13.53%、13.38%、15.22%;建议公式计算出的试件承载力与试验结果较为接近,且有一定安全裕度。     

铺层顺序对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响研究

采用仿真和试验相结合的方法探讨复合材料薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的失效吸能特性和吸能机理。首先,建立复合材料薄壁圆管\     

玻璃/环氧圆柱管能量吸收细观机理

研究了玻璃纤维增强环氧圆柱管轴向撞击和准静态压缩下的能量吸收特性。总结了稳态压缩的三种宏观破坏模式,即层束弯曲、局部屈曲和横向剪切。从细观角度出发,详细研究了不同宏观破坏模式的复合材料圆柱管的能量耗散机理,并比较了吸能能力。随着铺设角度增大,能量吸收机理由基体控制向纤维与基体共同控制转化,因此能量吸收逐渐增大。本文还比较了撞击和准静态下能量吸收的特点。     

型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验研究

为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)组合柱的轴压性能,设计了23个试件进行轴压试验,考虑了再生粗骨料取代率、箍筋体积配箍率和混凝土强度等级3个变化参数。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了试件受力全过程曲线、极限承载力等重要数据,并分析各变化参数对SRRAC柱轴心抗压承载性能的影响,基于试验提出其强度计算公式。研究结果表明：SRRAC柱破坏时型钢受压屈服、再生混凝土压碎,具有良好的承载性能,各变化参数均对其承载性能有显著影响,建议再生粗骨料最优取代率为40%,该文建议强度计算公式计算值与试验结果吻合较好。研究结果可供再生混凝土组合结构的进一步科学研究和工程应用参考。     

冻融循环后一字形短肢剪力墙抗震性能试验研究

为了研究冻融循环作用、混凝土强度和轴压比对一字形短肢剪力墙抗震性能的影响,探讨冻融环境下一字形短肢剪力墙的轴压比限值,设计制作了6个剪跨比为1.14的一字形短肢剪力墙试件并对其进行了200次循环的人工气候冻融试验,进而进行拟静力试验。基于试验描述了各试件的破坏过程与特征,并以抗剪承载力、延性系数、塑性转角、强度衰减、刚度退化和累积滞回耗能等指标为参数,分析了冻融环境下一字形短肢剪力墙抗震性能的衰减规律。试验结果表明：冻融循环作用对一字形短肢剪力墙的抗剪承载力、强度衰减、刚度退化和耗能能力影响较为显著,而对其变形能力影响较小;冻融循环次数不变,增大混凝土强度可有效增强一字形短肢剪力墙构件的抗冻性能,提高其抗震能力;冻融环境下,应严格控制一字形短肢剪力墙构件的轴压比。     

箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验研究

完成了12根不同配箍形式和体积配箍率的箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验,系统地研究了构件的破坏过程与破坏形态、应力-应变曲线及箍筋应变等;重点分析了不同配箍率和配箍形式对构件承载力和延性的影响;建立了适用于该类轴压柱峰值应力（f'_cc）和相应峰值应变（ε_cc）的计算模型,并引入Richart、Mander、Razvi和Saatcioglu、Khaloo和El-Dash等经典模型对比分析建议模型的准确性。研究表明：峰值荷载过后,约束柱保护层整体被切掉后剥落,内部骨料和骨料与砂浆界面均出现少许裂缝,与普通混凝土构件存在显著差异,但应力-应变曲线发展规律与普通混凝土类似;最终破坏以箍筋屈服、相邻箍筋间核心区混凝土压碎破坏为标志,表面形成“H”形或45°斜向破坏面;同时,增大体积配箍率和改善箍筋形式分别能够提高核心区混凝土的侧向约束力和增大约束面积,“井”字形复合配箍可满足承载力和延性需求;结合配箍特征值（λ_t）和配箍形式影响参数（k）建立模型的计算结果与试验值吻合良好,能够准确、合理地预测该类构件的峰值应力和相应峰值应变。