考虑约束影响的金属圆管径向压缩试验研究

为了研究约束条件、压头尺寸等外部因素对金属圆管径向压缩力学性能的影响,采用圆柱形压头,对6组钢管试件进行径向压缩试验,对比分析结构变形、承载力及吸能特性;试验结果表明：V形约束的设置对钢管的塑性变形模式有显著的影响,延长了钢管内凹曲塌陷变形接触行程,使接触点两侧腔体封闭效果得到较大提高;结构承载力、平均压溃荷载及总变形能与约束体角度、压头直径、V形体间距成正比,与加载速率成反比。最后针对石油井井喷失控抢险救援,提出了一种新型内防喷装置的结构设计方案,可实现管柱内、外同时阻喷、事后处置更加安全、便捷的目的。     

考虑约束影响的金属圆管径向压缩试验研究（英文）

为了研究约束条件、压头尺寸等外部因素对金属圆管径向压缩力学性能的影响,采用圆柱形压头,对6组钢管试件进行径向压缩试验,对比分析结构变形、承载力及吸能特性;试验结果表明:V形约束的设置对钢管的塑性变形模式有显著的影响,延长了钢管内凹曲塌陷变形接触行程,使接触点两侧腔体封闭效果得到较大提高;结构承载力、平均压溃荷载及总变形能与约束体角度、压头直径、V形体间距成正比,与加载速率成反比。最后针对石油井井喷失控抢险救援,提出了一种新型内防喷装置的结构设计方案,可实现管柱内、外同时阻喷、事后处置更加安全、便捷的目的。     

轴压下含凹痕海底管道残余承载力分析

设计了1组足尺度海底管道试件,包含一个凹痕管道和一个无缺陷管道,两个试件材料及几何尺寸完全相同。通过压头的径向加载在其中1个试件上产生凹痕缺陷,用来分析凹痕对管道在轴压作用下静力承载力大小的影响。通过试验测试得到了两个试件的荷载-位移曲线并确定了两个试件的承载力,对凹痕对管道承载力的影响进行了研究。在试验测试的基础上,建立了含凹痕管道在轴压下的有限元模型,分析了压头尺寸以及压头形状对其残余承载力的影响。结果表明:含凹痕管道的残余轴向承载力随着凹痕深度的增加而下降,而且凹痕宽度对管道承载力的影响也与凹痕深度有关。在相同凹痕深度下棍状压头比球形压头对管道承载力降低产生更大的影响。通过参数拟合提出了用于预测含凹痕缺陷的海底管道在轴向压力作用下的残余承载力的公式。     

不同材料薄壁圆管准静态轴压变形特性

材料选取是缓冲吸能结构耐撞性及轻量化设计的重要环节,该文采用LS-DYAN软件对低碳钢、铝合金和不锈钢等不同材料薄壁圆管的变形模式、比载荷、平均比载荷及比吸能等轴压变形特性进行数值模拟分析。研究结果显示,几组圆管试样均发生了轴向渐进叠缩变形,分别形成了周向折叠凸角数目不同的非轴对称和轴对称变形模式,其中铝合金圆管发生了较为特殊的横截面呈"椭圆形"的非轴对称变形模式,对比研究发现,铝合金的比吸能远高于不锈钢和低碳钢,更适用于缓冲吸能结构的轻量化设计。     

诱导孔对铝合金薄壁梁轴向压缩变形行为的影响

以6063铝合金薄壁梁结构为研究对象,采用准静态轴向加载的方式,借助WAW-E600型微控万能试验机,探明诱导孔结构对铝合金薄壁梁压缩变形行为与吸能性能的影响规律。研究表明:单排诱导孔能够使试样的变形模式由欧拉模式转变为混合模式,提高试样变形的稳定性,降低载荷峰值,吸能性能增加26.78%。多排诱导孔的位置与尺寸对薄壁梁的变形有较大影响,试样中部的诱导孔会降低结构稳定性,使试样失稳以欧拉模式变形为主,其载荷水平及吸能性能均较低;尺寸呈梯度变化的诱导孔能够使试样发生手风琴模式的变形,试样顺序压溃,载荷波动平稳,吸能性能较高;大尺寸诱导孔会使试样在局部发生剪切变形并逐层顺序压溃,其载荷平稳,是一种新的变形模式。通过实验数据对比,系统研究诱导孔尺寸对临界载荷的影响规律,并基于线形回归理论,建立铝合金薄壁梁结构临界载荷与截面惯性矩之间的定量关系。     

翻转管吸能特性及翻管成形工艺的研究

介绍了一种塑性变形吸能的金属翻转管 ,并对其吸能特性进行了研究。这种翻转管可以通过在圆角模上轴压圆管进行翻制 ,讨论了与之相联系的各种变形模式。研究表明 ,采用优化的圆角半径可稳定地翻转 ,而不会屈曲和撕裂 ,并对翻转变形进行了简单的理论分析。     

泡沫铝层合圆管纵向和横向压缩力学性能研究

用碳化硅颗粒增强泡沫铝为夹芯,不锈钢圆管为面板制备层合圆管,研究了层合圆管在准静态压缩条件下的纵向和横向变形行为和能量吸收性能.研究表明,层合圆管的纵向压缩变形方式与空管相比发生了改变,由不对称变形模式变为轴对称变形模式;载荷-位移曲线平台段锯齿形波动与曲屈圈的形成呈现对应关系;层合圆管纵向和横向的吸能能力均远大于不锈钢圆管和泡沫铝吸收的能量之和,并且随着应变的增加,层合圆管的吸能能力增加更为快速;层合圆管在保持泡沫铝轻质的同时,在纵向和横向两个方向上均大幅度提高泡沫铝的吸能能力.     

基于梯度密度的非均质蜂窝结构面外压缩性能及优化设计

提出了一种胞元相对密度呈梯度分布的非均质蜂窝结构,采用参数化设计方法建立了模型,基于试验和有限元分析,研究了梯度系数和胞元尺寸对梯度密度蜂窝结构在面外压缩条件下变形模式和力学响应的影响,并进一步对梯度密度蜂窝结构的吸能特性进行了优化设计。仿真结果表明,在面外准静态压缩条件下,梯度密度非均质蜂窝结构的变形模式与普通蜂窝相似,梯度系数对初始峰值应力的影响较小,具有一定面内正梯度的蜂窝具有更高的平台应力,结构比吸能随着梯度系数的增大而增大。蜂窝初始峰值应力随胞元尺寸的增大而小幅提高,结构比吸能随胞元尺寸的增大先减小后增大。优化结果表明,优化后的梯度密度蜂窝结构峰值冲击力下降了74.3%,比吸能提升了1.6%。     

泡沫铝层合圆管压缩和吸能性能的研究

以泡沫铝为夹芯,不锈钢圆管为面板制备层合圆管,研究了层合圆管在压缩条件下的变形行为和能量吸收性能.研究表明:层合圆管的压缩变形方式与空管相比发生了改变,由不对称变形模式变为轴对称变形模式,其所承受的载荷约为泡沫铝和不锈钢管所承受的载荷之和的1.5倍;层合圆管的载荷一位移曲线平台段锯齿形波动数与形成的曲屈圈数呈现对应关系,样品高度、直径、粘结方式对曲屈圈的形成数目有一定的影响;层合圆管的吸能能力远大于不锈钢圆管和泡沫铝吸收的能量之和,约为后者的1.5～2倍.     

双直径圆管能量吸收元件的研究

针对碰撞安全的结构耐撞性要求,以圆管液压胀形和液压折叠原理为基础,对双直径圆管能量吸收元件进行了成形工艺设计;利用SPSS18.0对管材液压成形的各参数组合进行了正交设计,在ABAQUS中进行成形过程数值模拟,得出了最优参数组合,并分析了影响吸能元件成形厚度分布的主要因素;最后进行了碰撞仿真研究.结果表明,双直径圆管能量吸收元件变形模式稳定、比耗能高、载荷平稳,是理想的吸能元件.     

基于落锤压溃试验高强钢材料吸能特性分析

选取双相高强钢DP590D+Z、DP780D+Z、DP980D+Z作为研究对象,基于高速拉伸试验对3种高强钢材料的动态力学性能进行对比分析,获取应变速率变化对材料力学性能的影响;基于高强钢材料薄壁梁结构落锤压溃试验,对材料的吸能特性进行分析,对比同一种材料不同冲击速度的吸能特性以及不同材料相同冲击工况的吸能特性。结果可知:随着材料强度增加,力学性能对应变速率敏感性降低,能量吸收对应变速率敏感性降低;当压溃试样的吸能比高于0. 95时,试样变形模式表现为压溃褶皱变形,此时试验准确反应材料的吸能特性;相同冲击条件下,材料强度增加,材料吸能比和比吸能均有所下降,平均载荷较大,极限载荷较小,载荷比较大,表明材料的承载力波动较小,表现出更好的承载特性;材料帽形梁结构的力学和吸能特性变化规律与原材料一致,可以作为车身设计选材的参考依据。     

时效对多胞铝合金薄壁结构压缩变形行为的影响

以6063铝合金多胞薄壁梁结构为研究对象,采用准静态轴向加载的方式,借助WAW-E600型微控万能试验机,探明时效处理对铝合金薄壁梁压缩变形行为与吸能性能的影响规律。结果表明:随着时效处理时间的延长,6063铝合金多胞薄壁梁试样的变形模式逐渐由欧拉模式转变为手风琴模式,试样的峰值载荷、名义载荷与吸能性能也逐渐提高;针对载荷-位移曲线进行二阶求导获得结构临界失稳载荷,运用Slogistic函数拟合研究时效处理对试样承载性能的影响规律;基于T-Student相关性参数评估方法,通过主因子相关性分析引入Ramberg-Osgood硬化指数n(n为变量),建立峰值载荷、名义载荷、可压缩变形量及吸能性能的二次多项式拟合模型,该模型能够准确预测不同时效处理状态下6063铝合金薄壁梁结构的弹塑性变形行为,为铝合金车身结构的概念设计提供理论指导。     

油管径向抗压承载力学特性及试验研究

为了研究J55油管径向的抗压承载能力以及施加载荷与截面变形之间的关系,基于轴对称压溃塑性铰模型的基础上,分别给出了接触、弹性小变形、塑性大变形3个阶段径向载荷的理论表达式。对3种规格油管进行了准静态的径向压缩试验,通过观察分析了结构的主要变形失效模式,分析显示对于常规不加厚油管理论与试验吻合较好,在发生相同变形时理论载荷值略小于试验数值。通过不同规格试件试验结果的对比研究表明,径向载荷随管的长度、壁厚、加载速度的增加而增大,总的径向塑性变形能力减弱,在左右两端外侧较早出现断裂而发生强度失效。     

多层泡沫铝夹芯结构准静态力学性能和吸能特性研究

采用闭孔泡沫铝和铝合金板制备单层夹芯板和六种多层夹芯结构。通过分析胞孔变形模式和宏观变形模式,研究了夹层板和芯层数量对结构准静态压缩力学性能和吸能特性的影响机制。结果表明：夹层板通过调节芯层间应力状态使芯层逐层坍塌,减少了由倾斜变形带的形成和延伸所导致的多芯层同步变形、横向滑动以及两侧滑移,使结构具有更高的坍塌应力、平台应力、单位体积吸能量以及更小的致密应变；芯层数量的增加导致无夹层板结构中变形带的长度和数量增加,从而改变了其宏观变形模式,致使结构两侧滑移现象加剧,同时积累了有夹层板结构中多个芯层中的胞孔缺陷,因此影响了逐层稳定变形,导致致密应变增大,坍塌应力、平台应力和单位体积吸能量减小,致密应变处的吸能效率降低。与其他结构相比,三层泡沫铝夹层板具有最佳的抗压强度和吸能性能。     

开孔泡沫铝压坑变形的力学行为

分别采用圆柱体的平压头应力(FEP)、球面压头(SEP)和圆锥面压头(CEP)3种不同形状的压头对不同参数泡沫纯铝和泡沫Al Si12合金进行了准静态压坑实验,研究了泡沫铝压坑变形的应力随压入深度变化的响应特征,以及相对密度对压坑应力及吸能性的影响。结果表明:平压头压坑的应力-压深曲线由弹性段和应力持续上升的塑性段组成,有明显的屈服点,屈服强度和压坑应力均随密度增加而升高,球面压头和圆锥面压头压坑应力-压深曲线上没有明显的弹性段,只有应力先缓慢上升然后快速升高的塑性段。随相对密度增加和基体强度提高,泡沫铝的压坑应力和吸能性均显著上升。     

评测车用钢动态变形吸能特性的试验方法

文章研究了一种基于摆锤式仪器化冲击试验机所开发的,针对汽车用钢板实施中等应变速率冲击拉伸加载的试验方法,并以此获得了DC04、DC56、H220、TRIP700和DP780的动态响应特性与加载应力-应变关系。研究表明,以铁素体软钢为典型的速率敏感材料,随着其应变速率的提高,材料强度增加,而塑性受到抑制。TRIP钢的性能与加载速率无明显相关特性,其力学性能在静态与动态条件下相对稳定。DP780钢的强度与塑性在动态加载条件下得到同步提升。此外,通过将冲击拉伸破断能转化为应力与应变的积分,试验获得的E10%与Euniform及Et能量指标,可定量分析汽车用钢碰撞时变形与吸能的相关特性,成为评价车用钢减重与安全的纽带。试验表明,随着材料强度级别的提升,其动态吸能特性得以成比例升高。同时,由E10%与Euniform指标构成的能量安全裕度,揭示出TRIP钢具有最为优异的动态变形吸能潜质。     

晶粒尺寸对γ-TiAl力学性能影响的纳米压痕研究

为研究纳米压痕过程中晶粒尺寸对γ-TiAl合金力学性能及变形行为的影响,利用Voronoi方法建立多晶γ-TiAl模型,采用分子动力学方法模拟压头压入不同晶粒尺寸模型的压痕过程,得到相应尺寸下的载荷-深度曲线,并计算了7种晶粒尺寸下γ-TiAl的硬度。结果表明：当晶粒尺寸小于9.9nm时,晶粒尺寸与硬度表现出反Hall-Petch关系,位错和晶界活动共同促使材料发生塑性变形,晶界活动起主导作用。当晶粒尺寸大于9.9nm时,晶粒尺寸与硬度符合Hall-Petch关系,晶界对材料变形影响较小,位错主导基体发生塑性变形。另外,分析了γ-TiAl在压痕过程中的应力传递和形变恢复过程,发现致密晶界网格结构能够有效抑制压痕缺陷及内应力向材料内部传递;晶粒尺寸越小,压头下方的内应力分布越均匀,沿压痕方向的弹性恢复比越小。     

基于帽形冲击实验的Q&P钢冲击性能研究

冲击及吸能性能是高强钢在汽车安全中的重要特性,基于帽形冲击实验及仿真,对QP980、DP980和DP780钢的吸能特性及其规律性展开对比分析及研究。进行了厚度为1.6 mm的3种板料帽形试样碰撞实验,对碰撞实验进行了有限元仿真,通过比较相同冲击速度下实验与仿真中压溃力-时间曲线、最大压溃距离及变形模式,验证了仿真模型的准确性,并基于仿真模型,预测了不同初始碰撞能量情况下试样的变形模式及变形行为。通过实验及有限元仿真,分析比较了QP980、DP980、DP780的吸能特性及其规律性,结果发现QP980的冲击碰撞性能较好,且相同碰撞能量下,DP980与QP980的帽形件变形模式基本相同。     

冲压成形工艺的耐撞性研究

零件冲压成形后其材料参数和几何尺寸会发生变化,这些参数的变化会直接影响碰撞仿真精度。以帽型梁为研究对象,将冲压效应中的厚度减薄、残余应力和等效塑性应变映射到碰撞分析模型中,研究了上述因素及回弹变形对碰撞分析的影响。结果表明:厚度减薄和等效塑性应变对峰值碰撞力和结构变形影响较大,残余应力和厚度减薄对结构吸能影响较大;回弹变形会导致峰值碰撞力和吸能都减小,冲压效应导致峰值碰撞力减小,吸能增大;同时考虑冲压效应和回弹变形与理想模型相比较,峰值碰撞力和吸能两者都相差10%以上。     

晶粒尺寸对γ-TiAl合金力学性能影响的纳米压痕研究

为研究纳米压痕过程中晶粒尺寸对γ-Ti Al合金力学性能及变形行为的影响,利用Voronoi方法建立多晶γ-Ti Al模型,采用分子动力学方法模拟压头压入不同晶粒尺寸模型的压痕过程,得到相应尺寸下的载荷-深度曲线,并计算了7种晶粒尺寸下γ-Ti Al的硬度。结果表明:当晶粒尺寸小于9.9 nm时,晶粒尺寸与硬度表现出反Hall-Petch关系,位错和晶界活动共同促使材料发生塑性变形,晶界活动起主导作用。当晶粒尺寸大于9.9 nm时,晶粒尺寸与硬度符合Hall-Petch关系,晶界对材料变形影响较小,位错主导基体发生塑性变形。另外,分析了γ-Ti Al在压痕过程中的应力传递和形变恢复过程,发现致密晶界网格结构能够有效抑制压痕缺陷及内应力向材料内部传递;晶粒尺寸越小,压头下方的内应力分布越均匀,沿压痕方向的弹性恢复比越小。