加气混凝土填充薄壁圆柱形壳轴压下的屈曲分析

研究了部分填充加气混凝土对薄壁圆柱形壳屈曲性能的影响。以往的研究大多局限于100%填充或简单地选定填充混凝土的厚度。这种做法对结构设计并不适宜。为了进一步研究此问题,用瑞利-里兹逼近算法进行理论分析,并提出了能计算从0%填充到100%填充的壳的临界屈曲应力的公式。使用此公式的计算结果与文献的试验结果能良好地吻合。研究表明在薄壁圆柱形壳内填充加气混凝土能提高构件的屈曲强度。同时,提出了一个适用于工程设计的简化公式。研究表明,当加气混凝土厚度超过10%的外壁半径时,增加混凝土用量的经济性较差。     

推板上的弯销侧抽芯薄壁深腔壳体压铸模设计

由于铸件对成型铸件内腔的型芯包紧力大,将成型铸件内腔的纵向型芯设在定模,以便利用压铸机的开模力抽拔纵向型芯.动模设有异形弯销-滑块机构辅助控制铸件脱模顺序.中心浇口进浇,铸件质量好,生产效率高;模具两次分型,定模上的可动模板拉断浇口,固定于推板的弯销侧抽芯.模具结构紧凑,工作可靠,操作方便.     

空心和泡沫填充且端部封闭锥形筒的耐撞性试验和数值分析

泡沫填充的薄壁结构的优点是质量轻和高吸能性能,广泛地应用于汽车、航空、运输和防护等行业。采用拟静力试验,分析空心和泡沫填充的端部封闭的锥形筒的耐撞性能,采用非线性动力有限元模拟拟静力试验,数值分析的抗冲撞力与试验数据很吻合。对未填充的锥形筒和填充的锥形筒的耗能能力进行对比,结果显示,泡沫填充的锥形筒的耗能能力比较好。最后,比较了空心、泡沫填充端部封闭的锥形筒和圆筒的耐撞性。     

激光焊在解决薄壁壳体焊接变形的应用研究

基于薄壁壳体的焊接变形,研究了壳体变形理论、T形接头的激光焊工艺,利用激光焊技术解决了其焊接变形大的问题。根据激光热源、壳体材料的特点制定焊接工艺流程,通过改变激光入射角的方式,解决薄壁壳体上T形接头的激光焊问题。通过试验验证,确定激光焊参数,在保证焊接质量的前提下,做到焊接变形小、焊缝成形美观,壳体焊接变形控制在0. 12 mm以下。     

膨胀金属管轴向破坏的试验研究

膨胀金属薄膜广泛应用于世界各地的人行道设计和装饰用途。在文献中,很少有关于膨胀金属结构单元特性的信息。本文旨在研究压应力作用下方形和圆管状的膨胀金属薄膜的轴向破坏。当金属开始膨胀时,在金属片中可得到一种类似于钻石的单元,然后这些单元的特点是有两个几何轴线。一系列的试验测试可以印证膨胀金属的主轴和压力载荷之间角度的影响。从结果来看,根据轴线的方向有三种类型的破环模式:1)模式1的特点是塑性破坏机制;2)模式2会在个别元件处产生局部屈曲;3)模式3为管壁的整体屈曲。     

倾斜荷载作用下屈曲诱因对薄壁方管力学性能的影响

倾斜荷载作用下薄壁结构常按照欧拉屈曲模式破坏。这种类型的破坏结构其能量耗散能力和耗能效率较低,可利用破坏诱因提高这些能力。采用试验和数值模拟方法,研究了破坏诱因对倾斜准静态荷载作用下方钢管的能量耗散性能的影响,对钢管的转角进行削切形成诱因。结果显示,大多数试样的破坏诱因改变了各类屈曲(由一般屈曲至渐进屈曲)的变形模式,使峰值荷载大幅减小,从而提高了耗能效率。此外,研究了诱因位置和数量的影响。其数值分析结果与试验数据相吻合。     

不同开启角度双层圆柱拱壳体系抗震性能的数值分析及试验研究

通过薄壁钢管模型对不同开启角度双层圆柱拱壳体系的抗震性能进行数值分析及试验研究。圆柱拱壳分析模型包含了6种开放角度和4种基本频率。利用MIDAS软件建立了24种双层圆柱拱壳结构模型,施加阻尼比为5%的3种不同的地震作用。研究了水平和垂直地震作用下分析模型在X、Y、Z三个方向上的动力响应特性。此外,对缩尺薄壁钢管模型进行了振动台试验。将试验结果和数值分析结果进行对比,二者加速度反应分布情况相似。水平地震作用下,数值分析和试验均在1/4和3/4节点处出现最大值,在中心节点处出现较小值。研究结果显示,圆柱拱壳模型最佳开启角度为90°。     

覆板加强的方钢管T形节点轴向滞回性能试验研究

为研究采用覆板加强的冷弯方钢管T形节点的轴向滞回性能,对2组支管与主管的截面宽度比β分别为0.4和0.8的方钢管直接焊接节点和采用覆板加强的方钢管T形节点进行了轴向往复加载试验。详细介绍了试验节点的设计、试验过程及破坏形态,并对节点试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能和延性等性能进行了分析。试验中,试验节点经历了主管屈服、初始开裂、裂纹闭合、裂缝扩展、裂缝贯通五个主要阶段,但各试件的开裂位置并不相同。加强覆板阻止了裂缝向主管管壁发展,有效避免了主管管壁的撕裂破坏,使开裂后支管的受压荷载继续上升,因而节点开裂后受拉能力较未加强节点的好。支管与主管截面宽度比越小,试件的耗能能力和延性越好。但覆板加强处理降低了试件的耗能能力,且支管与主管宽度比越小其耗能能力的降低越明显。受拉裂缝会降低试件的延性,故轴拉循环的延性较对应的轴压循环的差。在β=0.8时,覆板加强对试件的抗震延性有所改善,但β=0.4时加强节点试件的位移延性系数低于未加强节点。覆板加强节点在支管轴向往复荷载作用下的拉压不均衡问题应引起重视。     

An analytical model for axial crushing of a thin-walled cylindrical shell with a hollow foam core

A thin-walled tube filled with light-weighted foam has wide engineering applications because of its excellent energy absorption capacity. When the structure is axially crushed, the interaction between the tube and foam core plays an important role in its energy absorption performance. Previous theoretical studies so far have largely been concerned with fully in-filled tubes. In this paper, a theoretical model is proposed to predict the axi-symmetric crushing behaviour of such structures but with a partial infill. Using a modified model for shell and considering the volume reduction for the foam core, the mean crushing force is predicted by the energy balance. The proposed formula agrees well with previous results reported in literature. A parametric study is carried out to examine the contribution of foam core plateau stress (σ_f), amount of filling and shell's radius-to-thickness ratio (R/h) on the axial crushing behaviour of the structure. This study can give valuable design guidelines in using thin-walled structures as an energy absorber.     

轴压下薄壁管断裂的可能性分析

在车辆的防撞设计中薄壁管作为耗能构件被广泛采用,轴压力是防撞部位承受的最典型荷载之一。为了减轻重量,薄壁管采用轻质材料诸如高强度钢材、铝和镁制成。然而,这些轻质材料中的大多数与传统的钢材相比更脆且易断裂。由于材料的应力、应变状态通常被作为判断其构造断裂点的依据,故对薄壁管的三轴应力分布和时程及其等效应变进行了有限元模拟。分析结果显示,三轴应力和等效应变沿着管长波动,方形薄壁管的断裂更可能发生在边缘而非其他位置。对于相同的轴压冲击,当初始冲击速度在6～24m/s变化时,方形薄壁管内部的应力、应变变化不大。对影响应力、应变状态的参数,包括横截面角的形状、壁厚和横截面形状分别进行研究。所得结果可为薄壁管的设计及轻质材料力学性能的试验特性研究提供参考。     

Buckling of a thin-walled cylindrical shell with foam core under axial compression

This paper investigates the effect of partially filled foam core on the behavior of buckling in a thin-walled cylindrical shell. Previous studies have focused on 100% infill or simply used a fixed thickness of foam core. However, this may not be the optimum arrangement in terms of design. To further investigate this, a theoretical analysis is carried out using the Rayleigh–Ritz approximation, and a new formula is proposed to predict the critical buckling stress of an infill ranging from 0% up to 100% rigid. The proposed formula agrees well with works reported in the literature. It also shows that filling a foam core in a thin-walled cylindrical shell can enhance its resistance to buckling failure. Meanwhile, a simplified formula is provided to the practicing engineer. The paper concludes that an excessive increase in foam core thickness beyond 10% of outer radius is inefficient due to extra cost and weight.     

准静态轴向和侧向挤压下对径向波纹管的分析

介绍了波纹几何形状对破坏性能、能量吸收、失效机理和玻璃纤维方格布／环氧复合材料管失效模式的影响。对承受轴向和侧向压力的3个具有不同几何形状的复合材料管进行试验研究。同时对相同受力条件下的径向波纹复合管、圆柱型复合管、圆柱管环绕的波纹管进行试验,以了解波纹几何形状的影响。结果表明,轴向挤压中波纹几何形状会显著影响管的承载能力。然而,侧向挤压中并没有发现波纹几何形状的影响。试验中绘制了荷载一位移曲线,因此可以对各种不同几何形状的构件进行清晰的对比。研究同时发现,径向波纹可以稳定并有效地吸收能量。     

轴压下薄壁圆柱形壳屈曲试验承载力的准确可靠预测方法

论述了一种能可靠并准确预测偏心荷载下薄壁圆柱形壳屈曲试验的方法。详细描述了试验装置和试件,包括用配套的设备测量试件表面的几何缺陷。为了精确地预测屈曲试验的荷载,根据不同的复杂度建立了不同的有限元模型模拟试验装置,并研究了初始几何缺陷、荷载偏心、沿柱圆周方向的荷载偏心位置和影响边界条件的不同试验装置对屈曲承载力的影响。解释了具有简单刚性支座的有限元模型会过高估计屈曲试验承载力的原因。尽管这些模型均考虑了初始几何缺陷和荷载偏心的影响。作为对比,计算了考虑实际支座条件有限元模型的结果。在有限元模型中,用弹性实体单元模拟固定装置,用面—面接触单元模拟试件与支座间的接触面,计算出的屈曲承载力与试验有着平均约-1.59%的偏离。沿有缺陷薄壁圆柱形柱圆周方向的荷载偏心位置对屈曲承载力有显著影响。     

Axial crushing analysis of end-capped circular tubes

The paper investigates collapse mechanisms and energy absorption capacity during the axial compression of the end-capped thin-walled circular aluminum tubes which are hollow or filled with polyurethane foam. An experimental technique is used to evaluate the crushing behavior of the circular tubes under compressive quasi-static strain rate. A numerical model is presented based on finite element analysis to simulate the crushing of circular tubes considering nonlinear response due to material behavior, contact boundary conditions and large deformation. The validated model using existing experimental results is used to evaluate the dynamic response in order to determine the dynamic amplification factor relating the quasi-static results to dynamic response. The experimental and numerical results are used to determine energy absorption capacity due to the plastic deformation of thin-wall tube and crushable foam. The performance of end-capped tubes is compared with non-capped tubes and it is found that maximum initial peak load can be controlled and convenient crash protection systems can be obtained using end-capped circular tubes.     

Axial crushing and optimal design of square tubes with graded thickness

Introducing thickness gradient in cross-section is a quite promising approach to increase the energy absorption efficiency and crashworthiness performance of thin-walled structures. This paper addresses the deformation mode and energy absorption of square tubes with graded thickness during axial loading. Experimental study is firstly carried out for square tubes with two types of thickness distributions and numerical analyses are then conducted to simulate the experiment. Both experimental and numerical results show that the introduction of graded thickness in cross-section can lead to up to 30–35% increase in energy absorption efficiency (specific energy absorption) without the increase of the initial peak force. In addition, structural optimization of the cross-section of a square tube with graded thickness is solved by response surface method and the optimization results validate that increasing the material in the corner regions can indeed increase the energy absorption efficiency of a square tube.     

撞击型触发器对帽形薄壁截面轴向挤压影响的数值分析

主要介绍了触发器的设计和性能。为了分析撞击型触发器的几何特征对于轴向冲击荷载作用下耗能构件的抗挤压性能的影响,对其进行数值分析。该耗能构件由一个平盖加一个帽形顶部剖面构成。将触发器视为一个在帽形剖面上具有半圆形横截面的突起物,采用有限元软件LS-DYNA模拟所有的挤压作用。结果显示：在挤压力峰值和轴向冲击荷载作用下的构件耗能能力上,触发器的引入非常有效。同时发现,通过改变触发器的位置和几何尺寸,可以控制构件的挤压响应。     

对钢管材料在液压膨胀试验中的应力—应变关系的测定

基于塑性膜理论和力平衡方程等,对试验数据进行曲线拟合,来确定在液压成形过程（THF）中薄壁管的应力一应变关系。由此提出一种简单实用的液压膨胀试验方法,并对不锈钢和低碳钢管进行自由膨胀试验,以得到所需的试验变形数据。而自由膨胀的有限元模拟同时也验证了该方法的有效性。结果表明：目前的做法是正确的,可用于对钢管材料的应力一应变性能进行界定,此外,由此法也可得到扩展的大应变流动应力曲线。