不同截面形状薄壁构件斜向碰撞性能分析

本文采用非线性有限元软件LS-DYNA,分别对圆形、正方形、长方形、正六边形、正八边形等截面形状不同,但质量相同的薄壁构件,在斜向载荷撞击下的抗撞性能进行数值分析计算。得到了其在不同载荷角下的碰撞响应,并对其变形模式、吸能特性和最大峰值冲击载荷进行了比较,数值计算结果表明：正方形截面薄壁构件在斜向冲击下的抗撞性能最优,长方形截面最弱。     

具有诱导凹槽薄壁圆管斜向碰撞性能分析

采用有限元软件LS-DYNA进行数值模拟计算,得到具有圆弧形诱导槽薄壁圆管在不同倾斜载荷角冲击下的碰撞响应,研究诱导槽数量对斜向冲击吸能特性和最大峰值冲击载荷的影响.数值计算结果表明,具有诱导槽结构薄壁圆管在斜向冲击下的吸能能力和最大峰值冲击载荷均明显优于无诱导结构的薄壁圆管.     

具有圆弧形诱导凹槽薄壁圆管抗撞性分析

为了提高薄壁构件抗撞性,本文采用Hypermesh软件建立圆截面薄壁构件和具有圆弧形诱导凹槽结构的有限元模型,并应用非线性有限元软件Ls-dyna对其抗撞性进行了数值模拟分析.研究在轴向冲击载荷下均匀分布诱导凹槽结构对薄壁构件吸能性和最大峰值冲击载荷的影响,并对两种结构的抗撞性进行了比较,数值计算结果表明设置的诱导凹槽结构在不影响薄壁构件吸能能力的情况下,能够显著降低最大峰值冲击载荷.     

玄武岩纤维增强复合材料管件准静态压缩试验

以三维四向编织玄武岩纤维/树脂复合材料(BFRP)为研究对象,分别对编织角为30°、45°和60°的圆形和方形两种类型的玄武岩增强复合材料管件进行准静态压缩试验。结果表明:不同的编织角度和截面形状对玄武岩增强复合材料管件的压缩吸能特性均有显著的影响。方形和圆形两种截面类型管件的最大承受载荷均随着编织角增大而降低;在保证纤维含量近似相等的条件下,圆管的峰值载荷大于方管,其中编织角30°时圆管的峰值载荷相较于方管高出了50%左右;能量吸收方面,圆管的比能量吸收值较高,整体的吸能特性要优于方管;管件的破坏模式与编织角有关,与管件截面形状关系不大。     

车用吸能部件吸能特性的改进

为了改进汽车上吸能部件的吸能特性,提高汽车正面抗撞性,对常用的圆形截面和矩形截面吸能部件的变形模式和轴向压皱刚度的特性进行了研究;利用拓扑优化的方法,从调整吸能部件轴向压皱刚度观点出发,建立拓扑优化模型进行优化分析。在上述研究的基础上,提出一种新型的碰撞吸能部件,该吸能部件侧壁上沿轴向方向布置了中凹凹槽。有限元分析结果表明:在不增加部件质量、不占用更大空间的条件下,该新型吸能部件具有良好的变形模式,在变形吸能的过程中能够提供较为平稳的轴向反作用力;与圆形截面和矩形截面吸能部件相比,新吸能部件吸收冲击能量的能力显著提高。     

组合蜂窝结构的面内压缩及吸能性能

针对一种新型组合蜂窝结构(SCCH)开展研究,该结构将方形管与圆形管进行组合,充分发挥了圆形管的吸能优势和方形管的变形优势。通过试验与有限元仿真,对比了SCCH结构与传统圆形蜂窝结构(CH)在面内压缩的力学性能和不同应变时的变形行为。结果表明,SCCH结构的总吸能为0.198 kJ、平均压缩力为5.50 kN、初始峰值压缩力为6.80 kN、比吸能值为6.22 kJ/kg,均优于CH结构。此外,SCCH结构的比吸能明显高于其他常见的蜂窝结构,具有优异力学性能和吸能性能的SCCH结构,可为设计具有高吸能能力的蜂窝结构提供有益借鉴和设计基础。     

玻璃纤维蜂窝管压缩试验及力学性能研究

针对复合材料压缩载荷及吸能特性现有研究的不足,提出不同壁厚、不同胞元数量的玻璃纤维蜂窝管结构,采用万能试验机进行静态压缩试验。结果表明：蜂窝管壁厚值较小时,其主要失效形式为纤维断裂;壁厚值较大时,其失效形式为纤维断裂损伤及纤维层分层。压缩峰值载荷及总吸能随胞元数量及壁厚值增加而增大,比吸能仅随其壁厚值增加而增大。壁厚值0.4 mm的单胞元蜂窝管压缩峰值载荷取最小值2.11 kN,对应的能量吸收总量为23.9 J,比吸能为7.96 J·g^-1;壁厚值0.8 mm的八胞元蜂窝管压缩峰值载荷取最大值53.1 kN,对应的能量吸收总量为1 353.6 J,比吸能为36.88 J·g^-1。     

双面梯度多角薄壁结构的吸能特性

梯度厚度和多折角设计是提升薄壁结构吸能效率的两种有效策略,将这两种策略联合,提出了具有双面梯度厚度的多角薄壁结构(包括方管和非凸多角管),并对其在轴向冲击下的力学行特性进行了理论分析,推导了该结构的平均撞击力理论模型。基于显示非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对该结构进行了仿真实验研究,且仿真实验结果与理论预测值有较好的一致性。实验结果表明:增加折角数和提升厚度梯度均可有效提升管件的吸能效率。作为梯度厚度策略与多角薄壁结构的联合,具有双面梯度厚度的非凸多角管相比传统均匀厚度的方管在比吸能上提高148%～205%,充分展现了这种联合策略在提升薄壁结构耐撞性方面的高效性。     

参数化诱导槽设计的吸能盒结构抗撞性多目标优化

针对车身前部抗撞部件吸能盒结构的常见的方形截面薄壁锥管,研究了其在低速冲击工况下的最佳抗撞性能模型优化。将压溃力效率及比吸能作为评价指标,建立加权组合形式的多目标优化模型。分析研究分布设置诱导槽对结构吸能与压溃力的影响,选择诱导槽设定的可行区域。以槽的个数、非均匀分布的槽间距离及槽的深度等作为优化参数,合理选取样本点后,分别应用三次多项式响应面法及径向基法构建其有效代理模型,并采用粒子群法进行优化设计,得出使结构最优的诱导槽位置分布及数量。仿真分析验证了本文方法的有效性。     

汽车吸能盒结构优化模拟分析

采用LS-DYNA软件对汽车吸能盒进行了8种方案的准静态仿真研究.分析了不同诱导结构、不同材料的填充物对吸能盒的压溃模式、载荷变化和能量吸收情况的影响,并选出方案6为最优方案,可为汽车低速碰撞下吸能盒的设计提供参考.     

基于显式有限元的轨道车辆撞击能量吸收研究

吸能装置是提高轨道车辆耐碰撞性能的关键部件.将金属切削加工技术应用到轨道车辆的被动安全防护上,提出利用切屑的生成过程吸收列车的撞击能量,作为新型吸能装置的吸能原理.建立了金属薄壁结构切削吸能过程的三维显式有限元模型,分析了刀具的前角对薄壁结构切削吸能性能的影响,并与金属薄壁结构的压缩吸能进行了比较.结果表明,金属切削吸能过程是理想的轨道车辆撞击能量吸收过程.     

RPUF填充薄壁圆钢管短柱构件的轴压力学性能

基于建筑工程领域存在的碰撞、冲击等工程背景,提出密度为300 kg/m~3的硬质聚氨酯泡沫(RPUF, rigid polyurethane foam)填充建筑圆钢管短柱吸能构件,为获得该类构件在轴压荷载作用下的基本力学性能及吸能能力,开展了3组空钢管和3组RPUF填充圆钢管短柱构件的轴压试验.试验结果表明:轴压荷载作用下,填充RPUF能够有效改善建筑圆钢管在轴压荷载作用下的叠缩变形模式,使构件趋于对称叠缩变形;同时,RPUF填充圆钢管构件较空钢管的首个峰值荷载及各项吸能指标都有了较大幅度的提升,且壁厚越薄,提升幅度越大,体现了填充RPUF对建筑圆钢管的力学性能及吸能能力的提升.基于ABAQUS/Explicit求解器建立RPUF填充圆钢管短柱构件的轴压有限元模型,将仿真结果与试验结果对比,以验证有限元模型的准确性,随后开展参数分析,结果表明RPUF填充圆钢管耗能能力随壁厚和管径的增大而增大.在Alexander经典叠缩模型的基础上,推导了平均压缩力预测公式,与试验结果和数值模拟结果对比发现该公式能够有效预测RPUF填充圆钢管短柱构件在轴压荷载作用下的平均压缩力.     

具有高效吸能特性的新型仿蜂窝多级薄壁结构

针对现有薄壁结构存在比吸能不高、压缩力效率较低的问题,以蜂窝为原型,模拟蜂窝多级嵌套结构,进行仿生结构优化设计。为了更好地探究形状参数对吸能能力的影响,进一步以相对旋转角度及加强柱直径为设计变量,设计了共20种仿蜂窝多级薄壁结构。运用3D打印技术,制备了尼龙材质的仿蜂窝多级薄壁结构样件,并进行准静态压缩试验。最后,对比分析了数值模拟结果与试验结果,得出以下结论：本文吸能能力最强的模型为YMT20-3.6,比吸能达到了10.87 J·g-1,较初始模型YMT0-0提高了约86%;旋转角度越大,加强柱直径越大,模型截面面积分布越均匀,模型变形模式也趋于对称,其能量吸收能力也更强;较大的旋转角度拥有更优异的吸能能力,但是其压缩力效率较小。增大模型加强柱直径能够减少旋转角度对压缩力效率的影响,提高模型的压缩力效率,从而得到吸能能力强、压缩力效率高的薄壁结构。     

薄壁外压容器临界失稳强度可靠度的研究

应用数理统计方法,对钢制薄壁外压球形封头临界失稳强度进行分析.基于临界失稳强度随机-载荷随机模型,以按我国标准设计与制造的钢制薄壁外压容器为研究对象,讨论了其临界失稳强度的可靠度.研究表明:1)薄壁外压球形封头临界失稳强度的实测值与理论预测值之比,是基本符合正态分布的随机变量.2)薄壁外压球形封头临界失稳强度的可靠度在保持外压差的外压试验时不小于0.933 81但不大于0.999 999 951 7,薄壁外压圆筒的可靠度不小于0.999 999 986 7但不大于0.999 999 998 217.3)薄壁外压球形封头临界失稳强度的可靠度在正常操作时不小于0.933 54但不大于0.999 999 951,薄壁外压圆筒的可靠度不小于0.999 999 997 72但不大于0.999 999 995 53.     

仿牛角结构薄壁管吸能特性仿真分析

为了提高薄壁金属管的耐撞性能,通过相似性分析,选择牛角作为生物原型。提取出决定牛角耐撞性能的结构特征参数,并应用到薄壁管的设计中,从而设计出一种具有牛角结构特征的仿生管。应用非线性有限元法对仿生管的变形模式和能量吸收进行了仿真分析,并与四晶胞锥管和普通圆锥管进行了对比,结果表明:在轴向碰撞时,仿生管的变形模式为渐进叠缩稳态变形,其比吸能为46.2kJ/kg,分别比四晶胞锥管和普通锥管的比吸能提高了1.3和1.8倍,仿生管的耐撞性能随着芯体壁厚的增加而提高;在横向碰撞时,与四晶胞锥管和普通圆锥管相比,仿生管具有较高的耐撞性能,其比吸能为10.4kJ/kg。将牛角结构特征应用到薄壁管的设计中,可以有效提高薄壁管的耐撞性能,为车辆吸能元件的研发提供参考。     

折纸超结构准静态压缩力学性能分析与优化设计

为了改进折纸超结构的构型设计,基于Miura折纸原理设计了一种超结构.利用数值仿真分析方法研究了面外准静态压缩力学性能,探讨了折纸超结构的边长比、单元角度、展开角度以及厚度对其压缩过程的变形及能量吸收的影响规律.引入主次影响分析方法,比较了几何参数对力学性能指标的重要影响程度.基于响应面方法,建立了以初始峰值力最小和比吸能最大为目标、以几何尺寸为约束、以折纸超结构重要影响几何参数为设计变量的优化模型,并采用非支配排序遗传算法对优化模型进行了求解,获得了Pareto前沿最优解.研究结果对于提高折纸超结构的力学性能及构型设计具有一定的理论指导意义.     

圆形薄壁钢管混凝土柱轴压性能的试验研究

制作了8根薄壁圆形钢管混凝土柱试件,进行了薄壁圆形钢管混凝土柱的轴心受压试验,考察径厚比、长径比和环箍等因素对其受压性能的影响。对试验现象、破坏形态进行了描述,量测并分析了试件的极限承载力、钢管壁的纵向与横向应变。研究结果表明,圆形薄壁钢管对核心混凝土有着较好     

饱和多孔土固结引起的桩负摩擦力分析

根据Biot固结理论,采用Laplace和Hankel变换方法得到了半空间饱和土体内受垂直载荷作用下的变换域内基本解,再根据虚拟桩法,得出了单桩的第二类Fredholm积分方程,最后通过对积分方程的数值求解得出了在圆形载荷作用下,单桩桩侧的负摩擦力以及桩的孔压消散变化的情况．数值结果表明,圆形载荷半径越大,负摩擦力的中性点逐渐上移的程度越大。而且孔压随载荷半径增加而增加．     

复合材料圆管轴向冲击试验与数值模拟

为了探究CF3052/5224复合材料圆管的轴向吸能性能,设计了含薄弱环节的复合材料圆管,进行了轴向动态冲击的试验研究,并分析了其损伤形貌.结果表明,含切角薄弱环节的圆管发生了渐进失效破坏.结合改进的Hashin损伤判定准则,基于MSC.Dytran有限元分析平台对其进行了数值模拟,模拟得到了能量评估参数比吸能SEA(special energy absorption)和平均载荷值,将模拟结果与试验结果进行了对比分析,其平均压溃载荷相对误差不超过15%,能够满足工程应用要求.     

复合管撞击吸能特性的数值研究

针对大变形、大应变的复合材料受撞击吸能的复杂的过程,进行了数值分析,综合了复合材料的各种失效准则,运用非线性有限元理论建立了数值分析模型．研究了外部缠有增强环氧玻璃纤维的金属圆柱管(简称为复合管)在轴向撞击载荷下的能量吸收特性,并从金属材料的性能、复合材料层的厚度和纤维的铺设角度这几个方面研究了复合管的吸能性能的影响因素,数值模拟结果与实验结果吻合,为复合材料吸能元件的设计和研究提供了有价值的参考．