薄壁吸能結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、船舶、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域,是碰撞過(guò)程中耗散沖擊動(dòng)能、緩沖吸能的主要構(gòu)件。但其在設(shè)計(jì)過(guò)程中面臨輕量化和高效吸能的矛盾。因此,設(shè)計(jì)并優(yōu)化輕質(zhì)且耐撞的薄壁吸能結(jié)構(gòu),引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。研究基于工程仿生學(xué)原理和相似性理論對(duì)傳統(tǒng)薄壁吸能結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),將仿生學(xué)與結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)相結(jié)合來(lái)提高吸能結(jié)構(gòu)的耐撞吸能效率。研究選取自然界中具有優(yōu)異耐撞性能的輕質(zhì)管狀填充材料牦牛角為生物原型,整角承載性試驗(yàn)結(jié)果表明:牦牛角最大承載力為11.8 kN,能夠承受3⁵次整角準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)。并對(duì)牦牛角段狀試樣進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮和落錘動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn),結(jié)果表明:底部、中部和頂部試樣的總吸能分別為3.04 kJ、1.52 kJ和0.8 kJ,極限強(qiáng)度分別為76.97 MPa、65.73 MPa和56.02 MPa,抗壓性能和吸能效率表現(xiàn)出從頂部到底部逐漸減小的梯度特征。牦牛角破壞模式呈現(xiàn)出一種自頂部到底部逐漸屈曲的變形模式。牦牛角的宏觀結(jié)構(gòu)分析表明,牦牛角是一種錐形管狀填充結(jié)構(gòu),主要由角質(zhì)外殼和骨芯兩部分組成,SEM圖像觀察表明角質(zhì)外殼是由無(wú)數(shù)個(gè)角蛋白薄片堆疊而成的層狀結(jié)構(gòu)... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

帶圓孔的方管受斜向壓縮Han[19]分析了斜向荷載作用下方形管在軸向和彎曲兩種加載形式下的破壞

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.2錐形管斜向壓縮Seitzberger[23]對(duì)填充泡沫鋁的鋼管進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)軸壓試驗(yàn)研究，研究不同截面管材和填料布置在軸向壓縮下結(jié)構(gòu)件的破壞行為，對(duì)不同材料、尺寸和截面形狀的單管和雙管、空心和填充鋼管進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)（圖1.3）。泡沫鋁是采用粉末冶金生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的一種填充材料。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，雖然泡沫的存在導(dǎo)致沖程長(zhǎng)度的縮短，但在能量吸收方面也可以獲得相當(dāng)大的效率改善。張雄[24]基于SSPE理論，對(duì)鋁制多胞薄壁方管在軸向壓潰下的能量吸收進(jìn)行理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)同樣質(zhì)量的金屬多胞管較金屬泡沫填充管能量吸收效率高出近一倍，推導(dǎo)出平均載荷公式。亓昌[25,26]研究了多胞薄壁錐形管斜向沖擊時(shí)的耐撞性能，研究表明：多胞錐形管比直管與單胞管在斜向沖擊時(shí)的耐撞性能好，多胞薄壁錐形管的截面尺寸、錐度和壁厚與多胞薄壁錐形管在大角度斜向沖擊下的耐撞性能有明顯聯(lián)系。侯淑娟[27]基于顯式有限元技術(shù)，利用響應(yīng)面法以結(jié)構(gòu)的比吸能為優(yōu)化函數(shù)對(duì)正方形截面的金屬薄壁梁進(jìn)行形狀優(yōu)化，得出比吸能關(guān)于壁厚和截面邊長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)唐志平[28]利用改進(jìn)的單脈沖霍普金森壓力桿裝置對(duì)不同長(zhǎng)徑比和端部約束條件下的鎳鈦合金圓柱殼軸向動(dòng)態(tài)屈曲響應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。圖1.3泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.2錐形管斜向壓縮Seitzberger[23]對(duì)填充泡沫鋁的鋼管進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)軸壓試驗(yàn)研究，研究不同截面管材和填料布置在軸向壓縮下結(jié)構(gòu)件的破壞行為，對(duì)不同材料、尺寸和截面形狀的單管和雙管、空心和填充鋼管進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)（圖1.3）。泡沫鋁是采用粉末冶金生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的一種填充材料。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，雖然泡沫的存在導(dǎo)致沖程長(zhǎng)度的縮短，但在能量吸收方面也可以獲得相當(dāng)大的效率改善。張雄[24]基于SSPE理論，對(duì)鋁制多胞薄壁方管在軸向壓潰下的能量吸收進(jìn)行理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)同樣質(zhì)量的金屬多胞管較金屬泡沫填充管能量吸收效率高出近一倍，推導(dǎo)出平均載荷公式。亓昌[25,26]研究了多胞薄壁錐形管斜向沖擊時(shí)的耐撞性能，研究表明：多胞錐形管比直管與單胞管在斜向沖擊時(shí)的耐撞性能好，多胞薄壁錐形管的截面尺寸、錐度和壁厚與多胞薄壁錐形管在大角度斜向沖擊下的耐撞性能有明顯聯(lián)系。侯淑娟[27]基于顯式有限元技術(shù)，利用響應(yīng)面法以結(jié)構(gòu)的比吸能為優(yōu)化函數(shù)對(duì)正方形截面的金屬薄壁梁進(jìn)行形狀優(yōu)化，得出比吸能關(guān)于壁厚和截面邊長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)唐志平[28]利用改進(jìn)的單脈沖霍普金森壓力桿裝置對(duì)不同長(zhǎng)徑比和端部約束條件下的鎳鈦合金圓柱殼軸向動(dòng)態(tài)屈曲響應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。圖1.3泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)


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