双级薄壁吸能管的抗撞性理论推导和实验研究

摘要

金属薄壁管作为传统并最常用的吸能结构，被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗保健等各个工程领域。而在轻量化的趋势下，如何利用更少的材料吸收更多的碰撞能一直是广大科研工作者的研究热点。近年来，大量的学者致力于如何提高金属薄壁管抗撞性能，并取得了一系列的成果。本文在已有的研究基础上，基于超折叠单元理论、落锤冲击实验和有限元仿真对双级薄壁管进行了抗撞性研究。
　　本文从简单薄壁方管的力学特性出发，介绍并对比了超折叠单元理论和简化超折叠单元理论，分析了薄壁结构在动态冲击载荷作用下的响应，以单级吸能管的理论计算模型为基础，推广到双级吸能管，同时加入冲击载荷下的动态效应，建立了双级吸能管在冲击载荷下的理论计算模型；并且对双级吸能管进行了落锤冲击实验，介绍了落锤实验设备、实验试件、夹具以及实验流程，研究了双级吸能管在冲击载荷下的变形模式和吸能特性，并建立了有限元分析模型，仿真得到的变形结果以及吸能特性曲线与实验结果基本一致，仿真结果与理论结果也吻合较好，从而验证了有限元模型的可靠性，为后续研究提供了良好的仿真支持；最后针对双级吸能管的吸能特性，与单级吸能管进行了对比研究，分析了内壁长度和宽度对吸能特性的影响，同时选取了相关参数对双级吸能管进行了抗撞性优化设计，得到了最优化结构，并将仿真结果与理论结果进行对比，验证了优化结果的正确性与可靠性。
　　本文基于已有的研究，提出了分级薄壁吸能结构，从理论、实验以及仿真优化方面对双级结构的吸能特性进行了研究，研究工作对薄壁吸能管的工程应用具有一定的指导意义，研究结果对薄壁吸能管在结构设计中的选取具有一定的参考价值。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 双级薄壁吸能管的理论

2.1 前言

2.2 简单薄壁方管的力学特性

2.3 单级方管能量吸收的理论

2.4 双级薄壁吸能管的理论预测

2.5 本章小结

第3章 双级薄壁吸能管的冲击实验和仿真

3.1 前言

3.2 落锤冲击实验

3.3 双级薄壁管冲击仿真分析

3.4 结果对比研究

3.5 本章小结

第4章 双级薄壁吸能管的抗撞性研究

4.1 前言

4.2 双级薄壁管的抗撞性分析与讨论

4.3 优化设计

4.4 本章小结

总结和展望

总结

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所参加的科研项目