冲击载荷下薄壁方管的动态响应及变形机理研究

摘要

薄壁结构因其具有刚度大、质量轻、成本低、易于加工和优异的吸能性能等特性而广泛的应用于汽车、火车、航天等领域，在其中的一些应用领域中，薄壁结构被设计为吸能构件用于吸收碰撞过程中的冲击动能和降低冲击加速度。但冲击载荷作用下薄壁结构中的应力波效应对薄壁结构的初始变形有着重要的影响，因此，研究薄壁结构在轴向冲击载荷作用下的应力波传播规律及其对薄壁结构初始变形的影响，为薄壁结构的设计和应用提供理论基础，具有较大的科学研究意义和重要的工程应用价值。本文以薄壁方管为研究对象，采用实验和数值计算的研究方法，开展了薄壁方管的轴向动态压缩实验和数值计算分析，研究了冲击载荷作用下薄壁方管中应力波传播规律，分析了薄壁方管的动态变形机理，讨论了应力波传播效应、撞击速度和加载方式等因素对初始变形的影响，具体如下:
　　 (1)利用分离式霍普金森压杆开展了应力波作用下薄壁方管的动态压缩实验，得到了不同撞击速度下薄壁方管的屈曲过程和破坏模式，并进行了与实验工况相对应的数值计算分析，并与实验结果对比，验证了数值计算模型的可靠性，分析了应力波传播效应在屈曲过程中所起的作用，揭示了应力波作用下薄壁方管的变形机理;
　　 (2)对分离式霍普金森压杆进行改进，开展了刚性墙约束下薄壁方管的动态压缩实验，得到了薄壁方管的破坏模式和记录了屈曲变形的过程，并建立了与实验工况相对应的数值计算模型，并与实验结果对比验证，研究了撞击速度对薄壁方管坍塌模式的影响，分析了刚性墙约束作用下薄壁方管的变形机理;
　　 (3)开展了薄壁方管轴向动态压缩的参量化数值计算，分析了加载速度和加载方式对薄壁方管动态屈曲的影响。结果表明:加载速度对薄壁方管初始破坏位置都会产生很大的影响，并且随着加载速度的增大，薄壁方管的坍塌变形不断增大;利用分离式霍普金斯压杆作为加载装置，可以增强应力波效应，从而对初始变形位置产生影响。讨论了初始变形对破坏模式的影响，发现初始变形的位置决定了薄壁方管的破坏模式。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 轴向载荷作用下薄壁结构的基本特性及应用

1．2．1 轴向载荷作用下薄壁结构的基本特性

1．2．2 薄壁结构的应用

1．3 国内外相关领域的研究现状

1．3．1 薄壁结构吸能特性的研究现状

1．3．2 薄壁结构破坏机理的研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第2章 应力波作用下薄壁方管的动态响应及变形机理研究

2．1 前言

2．2 应力波动态加载实验研究

2．2．1 实验加载装置

2．2．2 实验试件

2．2．3 实验方案

2．2．4 实验结果与分析

2．3 应力波动态加载数值计算分析

2．3．1 数值计算模型

2．3．2 数值计算模型的实验验证

2．3．3 初始压缩阶段薄壁方管的应力状态分析

2．4 本章小结

第3章 刚性墙约束下薄壁方管的动态响应及变形机理研究

3．1 前言

3．2 刚性墙约束下薄壁方管的动态压缩实验研究

3．2．1 实验加载装置

3．2．2 实验方案

3．2．3 实验结果与分析

3．3 刚性墙约束工况数值计算分析

3．3．1 数值计算模型

3．3．2 数值计算模型的实验验证

3．3．3 初始压缩阶段薄壁方管的应力状态分析

3．4 本章小结

第4章 薄壁方管动态结构响应影响因素的分析

4．1 撞击速度对薄壁方管结构响应的影响

4．1．1 应力波加载工况时撞击速度的影响

4．1．2 刚性墙约束工况时撞击速度的影响

4．2 加载方式对薄壁方管结构响应的影响

4．2．1 撞击速度为5m／s时加载方式的影响

4．2．2 撞击速度为15m／s时加载方式的影响

4．2．3 撞击速度为60m／s时加载方式的影响

4．3 初始变形对动态屈曲的影响

4．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢