研究薄壁開(kāi)孔圓管的軸向耐撞性有助于其在緩沖、吸能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。通過(guò)分別考慮開(kāi)孔區(qū)域和未開(kāi)孔區(qū)域的能量吸收特征并引入材料的應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng),根據(jù)塑性鉸理論建立了軸向荷載下開(kāi)孔圓管軸對(duì)稱壓潰模式的理論模型,得到了彎曲應(yīng)變能、拉伸應(yīng)變能、平均壓潰力、比吸能的解析表達(dá)式。分析結(jié)果表明:該理論模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合;正則化平均壓潰力會(huì)隨半皺褶長(zhǎng)細(xì)比的降低而顯著增加;單層孔數(shù)對(duì)正則化平均壓潰力的影響會(huì)隨管壁厚度的增加或孔半徑的減小而降低;比吸能可通過(guò)減少單層孔數(shù)或減小孔半徑提高。 

【文章來(lái)源】：振動(dòng)與沖擊. 2020,39(02)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

開(kāi)孔圓管的幾何模型和理論模型

使用基于時(shí)間步長(zhǎng)的顯式有限元軟件ABAQUS/Explicit對(duì)薄壁開(kāi)孔圓管的軸向耐撞性進(jìn)行數(shù)值模擬。幾何參數(shù)為L(zhǎng)=96 mm,R/t=14.25,R/r=19.00,h/t=9.6的開(kāi)孔圓管的數(shù)值模型如圖 3所示。在ABAQUS中需提供材料的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)[23]。因此,將試驗(yàn)測(cè)得的2A12鋁合金工程-應(yīng)力應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)化為圖 4所示的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線,并離散化后輸入軟件中。使用剛性板模擬試驗(yàn)機(jī)的上、下壓盤(pán)。分別使用4節(jié)點(diǎn)線性殼單元S4R和4節(jié)點(diǎn)離散剛體單元R3D4對(duì)開(kāi)孔圓管和剛性板進(jìn)行網(wǎng)格劃分,且將全局網(wǎng)格的尺寸設(shè)置為管直徑的六十分之一。無(wú)需約束開(kāi)孔圓管任意節(jié)點(diǎn)處的自由度。將下剛性板所有自由度和上剛性板除豎向平動(dòng)之外的自由度完全約束。為提高求解效率,對(duì)上剛性板沿平滑幅值曲線[24]施加百分之九十管長(zhǎng)的位移(86.4 mm),并設(shè)置加載時(shí)間為0.086 4 s(即平均加載速度為1 m/s)。對(duì)數(shù)值模型設(shè)置整體的通用接觸以模擬系統(tǒng)各處的相互作用,摩擦因數(shù)設(shè)置為0.2[25]。 最后,使用一臺(tái)配備24 核心Xeon 處理器的圖形工作站對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算,平均計(jì)算時(shí)間約為2～3 h。圖3 材料的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖2 開(kāi)孔圓管的數(shù)值模型需要注意的是,開(kāi)孔圓管數(shù)值模型的單元類型基于減縮積分理論,且對(duì)上剛性板設(shè)置的加載速度遠(yuǎn)大于實(shí)際的準(zhǔn)靜態(tài)加載。因此,可根據(jù)能量比Ekin/Eint和Eart/Eint來(lái)確定數(shù)值模型的可靠性。其中,Ekin,Eart和Eint分別為動(dòng)能、偽應(yīng)變能和內(nèi)能。圖4為圖2所示數(shù)值模型的能量比。由圖4(a)可知,動(dòng)能與內(nèi)能之比小于千分之一,充分說(shuō)明該系統(tǒng)是準(zhǔn)靜態(tài)的;由圖4(b)可知,偽應(yīng)變能與內(nèi)能之比小于百分之五,則可認(rèn)為網(wǎng)格尺寸和單元選擇是合理的。因此,驗(yàn)證了數(shù)值模型的可靠性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的深度梯度刻槽管軸向耐撞性研究[J]. 姚如洋,龔立平,侯秀慧,郝文乾,張婉琪,劉海明,尹冠生.  實(shí)驗(yàn)力學(xué). 2018(05)
[2]基于顯式有限元的鋼筋混凝土構(gòu)件準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)分析[J]. 姚如洋,尹冠生,李軒,張婉琪,吳江龍.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2018(03)
[3]薄壁正弦波紋管在軸向載荷作用下的理論研究[J]. 郝文乾,謝佳苗,趙翔,王峰會(huì).  振動(dòng)與沖擊. 2018(07)
[4]高速列車前端多胞吸能結(jié)構(gòu)的耐撞性優(yōu)化[J]. 張秧聰,許平,彭勇,鄧雯苑,車全偉.  振動(dòng)與沖擊. 2017(12)
[5]受沖薄壁結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)的顯式有限元分析[J]. 雷正保,鐘志華,李光耀,劉振聞,羅云飛.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2000(01)



本文編號(hào)：3371554