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薄壁方管结构在爆炸荷载作用下动力响应及破坏模式分析

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振动与冲击 2016年第10期35卷 133-138页

作者：宋克健龙源纪冲高福银李兴华解放军理工大学野战工程学院南京210007

采用数值模拟与实验相结合的方法研究了薄壁方管结构在爆炸荷载作用下的动力响应。将壁厚3 mm、截面边长为100 mm的薄壁方管结构置于200 g TNT产生的爆炸场中进行冲击实验,实验表明当装药距离大于等于14 cm时,结构仅呈现局部凹陷变形,... 详细信息

采用数值模拟与实验相结合的方法研究了薄壁方管结构在爆炸荷载作用下的动力响应。将壁厚3 mm、截面边长为100 mm的薄壁方管结构置于200 g TNT产生的爆炸场中进行冲击实验,实验表明当装药距离大于等于14 cm时,结构仅呈现局部凹陷变形,当装药距离为10 cm和12 cm时,结构除局部凹陷变形外,还呈现出整体变形模式,同时,方管迎爆面两侧边产生长条状破裂损伤。利用动力有限元程序LS-DYNA及流固耦合算法对薄壁方管变形及破坏过程进行数值模拟,得到了结构关键单元处压力分布、挠度时间曲线等参数。同时分析了结构宽厚比对试件动力响应的影响,结果表明迎爆面变形量随着宽厚比的减小而减小。

关键词：薄壁方管爆炸荷载动力响应破坏模式

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局部表面纳米化吸能薄壁方管的可靠度分析

局部表面纳米化吸能薄壁方管的可靠度分析

作者：李婷婷大连理工大学

学位级别：硕士

随着我国轨道交通业的快速发展,对交通工具的安全性能提出了更高的设计要求。由于有效提高交通工具部分结构的能量吸收能力是提高安全性能的措施之一,许多学者一直致力于车身吸能装置的研究。表面纳米化后的薄壁方管极大改善了自身的力... 详细信息

随着我国轨道交通业的快速发展,对交通工具的安全性能提出了更高的设计要求。由于有效提高交通工具部分结构的能量吸收能力是提高安全性能的措施之一,许多学者一直致力于车身吸能装置的研究。表面纳米化后的薄壁方管极大改善了自身的力学性能,可以达到更优的吸能效果。但由于在表面纳米化的过程中存在一些不确定因素,所以研究其吸能可靠性是至关重要的。本文以表面纳米化吸能薄壁方管为研究对象,通过分析影响吸能效果的主要因素,运用可靠度理论对结构的吸能特性展开可靠度分析;采用参数化建模的方法进行吸能结构的优化设计,得到吸能结构在吸能性能方面的定量可靠度和最优设计,为工程的实际应用提供一种有效的预判方法。主要研究内容如下:首先建立局部表面纳米化薄壁方管在轴压下受冲击试验的仿真模型,利用有限元软件对其进行数值模拟。分析局部纳米化区域不同的位置,形状,尺寸和纳米化程度对薄壁方管在冲击载荷下的变形模式及吸能性能的影响,研究得到影响薄壁方管吸能特性的关键因素。通过分析影响结构吸能的不确定因素,确立输入变量和吸能薄壁结构间的吸能失效准则,进而展开局部表面纳米化薄壁方管比吸能的可靠度分析。构建近似代理模型得到功能函数与变量间的显式表达,之后可利用最优化算法得到可靠度结果。最后基于代理模型进行局部表面纳米化薄壁方管的确定性优化设计和基于可靠度的确定性优化设计。分析得到纳米化条带数和孪晶间距是影响局部表面纳米化薄壁方管吸能性能的主要因素,并将其作为不确定输入变量。采用多元非线性回归,支持向量机回归,BP神经网络回归三种代理模型方法得到不确定输入变量与功能函数间的模型方程。通过对比不同代理模型下预测值与试验值的拟合程度,发现支持向量机回归模型下的拟合效果相对最佳,经计算得到基于支持向量机回归模型下局部表面纳米化薄壁方管的吸能可靠度。最后将支持向量机代理模型嵌入到优化算法中,进行局部表面纳米化薄壁方管的轻量化设计,得到确定性优化结果和基于可靠度的优化结果。采用上述方法得到局部表面纳米化薄壁方管比吸能最大化的确定性优化设计方案和基于可靠度的优化设计方案。结果表明,确定性优化后的设计方案明显提高了局部表面纳米化吸能薄壁方管的吸能性能,增强了耐撞性。且施加了可靠度概率约束的基于可靠度的优化方案,不仅增强了局部表面纳米化薄壁方管的吸能效果,还提高了其能量吸收的稳定性,为车辆的轻量化设计提供一种设计思路。

关键词：局部表面纳米化薄壁方管吸能装置结构可靠度优化设计

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棱边强化薄壁方管静动态轴压理论和仿真研究

汽车工程 2019年第4期41卷 468-474页

作者：郑玉卿朱西产马志雄湖州师范学院工学院湖州313000 同济大学汽车学院上海201804

本文旨在对棱边强化薄壁方管的静动态轴向压溃进行研究。首先分析了方管静态平均压溃力公式中的能量等效流动应力选取方法及其对理论预测结果的影响,之后结合Cowper-Symonds经验公式,导出了动态平均压溃力公式。同时基于Hypermesh 9.0... 详细信息

本文旨在对棱边强化薄壁方管的静动态轴向压溃进行研究。首先分析了方管静态平均压溃力公式中的能量等效流动应力选取方法及其对理论预测结果的影响,之后结合Cowper-Symonds经验公式,导出了动态平均压溃力公式。同时基于Hypermesh 9.0建立了440A原始和棱边强化薄壁方管静动态轴向压溃有限元模型,仿真再现了塑性变形过程和压溃力波动状况,仿真值与理论值吻合得较好,最大偏差不超过4.0%。最后,制作若干个棱边塑性应变强化的35钢方管,进行压溃试验,验证了静态轴向压溃理论的有效性,理论值与试验值之间偏差仅为7.1%。本研究为棱边强化薄壁部件的强度设计及其在车身结构中的应用提供了参考。

关键词：薄壁方管棱边强化数值仿真平均压溃力压溃试验

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棱边强化薄壁方管轴向压溃吸能特性

汽车工程 2017年第11期39卷 1252-1260页

作者：郑玉卿朱西产同济大学汽车学院上海201804 湖州师范学院工学院湖州313000

采用Hypermesh 9.0和Lsdyna 971数值仿真分析了棱边强化对薄壁方管轴向压溃过程能量吸收机理的影响。基于单个方管折叠单元能量平衡方程,采用分项能量修正法和影响因子归一化建立了棱边强化薄壁方管轴向压溃能量平衡方程。理论推导出棱... 详细信息

采用Hypermesh 9.0和Lsdyna 971数值仿真分析了棱边强化对薄壁方管轴向压溃过程能量吸收机理的影响。基于单个方管折叠单元能量平衡方程,采用分项能量修正法和影响因子归一化建立了棱边强化薄壁方管轴向压溃能量平衡方程。理论推导出棱边强化方管平均压溃力预测公式和吸能增幅表达式,其中,平均压溃力的仿真结果与预测公式计算结果吻合较好。Q235方管压溃试验结果表明,棱边强化方管平均压溃力公式也可用于预测原始方管,且效果更好。吸能对比表明:棱边强化后,棱边与平板的塑性变形在轴向压溃过程中存在强耦合关系,两部分的吸能均有提升。对于截面为56.36mm×56.36mm、厚度为1.0mm的薄壁方管,棱边约强化4倍,4条棱边仅占薄壁方管截面9.09%,理论上可使方管总体吸能量提升近30%,可见棱边强化能显著提升薄壁方管轴向压溃吸能水平。

关键词：薄壁方管棱边强化能量吸收平均压溃力数值仿真压溃试验

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重复爆炸载荷作用下薄壁方管动力响应研究

兵工学报 2019年第9期40卷 1871-1880页

作者：周游纪冲王雷元宋诗谦马华原西北核技术研究所陕西西安710024 陆军工程大学野战工程学院江苏南京210007

薄壁方管作为一种典型工程构件,在建筑、海洋、航天等领域应用广泛,其结构面临遭受重复爆炸的风险,开展薄壁方管在重复爆炸载荷作用下的动力响应研究具有重要现实意义。采用实验与数值模拟相结合的方法,对比分析了薄壁方管在单次和重复... 详细信息

薄壁方管作为一种典型工程构件,在建筑、海洋、航天等领域应用广泛,其结构面临遭受重复爆炸的风险,开展薄壁方管在重复爆炸载荷作用下的动力响应研究具有重要现实意义。采用实验与数值模拟相结合的方法,对比分析了薄壁方管在单次和重复爆炸载荷作用下的动力响应。将壁厚4mm、横截面边长100mm的薄壁方管置于爆炸场中进行冲击实验,并利用非线性动力有限元程序LS-DYNA完全重启动功能及流体与固体耦合算法,对薄壁方管在单次爆炸和重复爆炸载荷下的非线性动力响应过程进行三维数值模拟;描述了方管在不同爆炸次数下的动力响应及损伤变形,给出了一种通过损伤因子反映爆炸载荷作用后材料损伤劣化的数值计算方法。研究结果表明:方管在重复爆炸作用下的变形会产生损伤积累;相同爆炸载荷作用下已变形损伤的方管相对无损方管其有效应变增量更大,在迎爆点周围区域、侧边以及塑性铰位置,前者有效应变增量达到了后者的2.47~3.88倍,容易引起方管更严重的毁伤;两侧边是方管较脆弱的区域,极易因应力集中产生较大的塑性应变,需要特别加强防护。

关键词：薄壁方管重复爆炸动力响应完全重启动材料损伤

具有诱导结构的铝合金薄壁方管轴向压缩吸能性能试验研究

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工程力学 2012年第6期29卷 346-352页

作者：李志斌虞吉林郭刘伟中国科学技术大学中国科学院材料力学行为与设计重点实验室合肥230027 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室绵阳621900

该文提出了三种新型的诱导结构设计方案来降低薄壁方管结构在轴向载荷作用下的初始屈曲载荷峰值。诱导结构设计在方管的加载端,在压缩开始的时候起作用,并且不会显著影响结构在正常工作时的强度和刚度。利用AA 6063 T6铝合金薄壁方管进... 详细信息

该文提出了三种新型的诱导结构设计方案来降低薄壁方管结构在轴向载荷作用下的初始屈曲载荷峰值。诱导结构设计在方管的加载端,在压缩开始的时候起作用,并且不会显著影响结构在正常工作时的强度和刚度。利用AA 6063 T6铝合金薄壁方管进行了一系列准静态和动态试验来研究了具有诱导结构的方管在轴向压缩时的能量吸收性能,给出了完整薄壁铝方管和具有诱导结构的薄壁铝方管的载荷位移曲线,并进行了比较。实验发现,三种诱导结构均可有效降低屈曲时的初始载荷峰值、提高方管承载吸能平稳性。

关键词：薄壁方管轴压屈曲诱导结构吸能试验研究

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铝合金薄壁方管轴向冲击变形及断裂行为研究

机械强度 2016年第2期38卷 364-368页

作者：孙宏图王健何士龙申国哲胡平鲁东大学交通学院烟台264025 大连理工大学汽车工程学院大连116024

对6016铝合金进行单向拉伸试验,分析不同应变速率对铝合金力学性能的影响,建立了6016铝合金Johnson-Cook本构模型及其断裂应变模型,并对铝合金薄壁方管轴向冲击载荷下的吸能特性进行分析,研究铝合金方管的壁厚、长度和冲击速度对其吸能... 详细信息

对6016铝合金进行单向拉伸试验,分析不同应变速率对铝合金力学性能的影响,建立了6016铝合金Johnson-Cook本构模型及其断裂应变模型,并对铝合金薄壁方管轴向冲击载荷下的吸能特性进行分析,研究铝合金方管的壁厚、长度和冲击速度对其吸能特性的综合影响。结果表明,铝合金流动应力对应变率敏感性较低,但断裂应变对应变率具有一定的敏感性。在轴向冲击载荷下,铝合金薄壁方管出现渐进屈曲变形,具有较好的吸能特性。但随着厚度、长度和冲击速度的增加,铝合金方管容易出现混合变形模式,吸能特性有所降低。

关键词：铝合金薄壁方管变形断裂轴向冲击

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薄壁方管在冲击载荷下的应变及应变率特性

汽车技术 2006年第Z1期 19-22页

作者：武雪原夏勇周青清华大学汽车安全与节能国家重点实验室

在汽车碰撞模拟过程中,材料的应变率效应已经得到越来越多地关注和应用,要求更全面地认识材料应变率效应对模拟结果的影响情况。本文选择具有应变率效应的材料以及薄壁方形管件为研究对象,通过模拟分析验证了材料应变率效应的引入对计... 详细信息

在汽车碰撞模拟过程中,材料的应变率效应已经得到越来越多地关注和应用,要求更全面地认识材料应变率效应对模拟结果的影响情况。本文选择具有应变率效应的材料以及薄壁方形管件为研究对象,通过模拟分析验证了材料应变率效应的引入对计算结果的影响,同时分析了冲击载荷下的方管典型区域的有效塑性应变及塑性应变率分布情况。

关键词：应变率薄壁方管应变冲击载荷

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轴向冲击载荷下薄壁方管的动力屈曲分析

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2007年第S2期26卷 95-97页

作者：张伟梁冰辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

为探索轴向冲击载荷作用下薄壁方管的动力屈曲特性,采用屈曲分析的有限元基本理论,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对轴向冲击载荷下薄壁方管进行动力屈曲分析。ANSYS/LS-DYNA的薄壁方管动力屈曲有限元分析分为前处理、求解和后处理。... 详细信息

为探索轴向冲击载荷作用下薄壁方管的动力屈曲特性,采用屈曲分析的有限元基本理论,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对轴向冲击载荷下薄壁方管进行动力屈曲分析。ANSYS/LS-DYNA的薄壁方管动力屈曲有限元分析分为前处理、求解和后处理。前处理设置包括单元属性、构建模型、划分网格、定义接触、初始条件、载荷及约束、求解时间和输出文件等。用LS- DYNA修改前处理输出文件,进行递交运算。再用LS-REPOST刷新速度、查看结果、动画模拟过程。结果表明:利用ANSYS/LS- DYNA对轴向冲击载荷作用下薄壁方管的动力屈曲特性进行分析可以代替真实实验,节省成本。

关键词：有限元分析 ANSYS/LS-DYNA 屈曲薄壁方管