本文關(guān)鍵詞：多胞材料及其胞元的沖擊動力學(xué)特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京交通大學(xué)》 2015年

多胞材料及其胞元的沖擊動力學(xué)特性研究

吳鶴翔  

【摘要】：作為一種理想的能量吸收材料,多胞材料在不同工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。如何實現(xiàn)多胞材料的多目標優(yōu)化設(shè)計成為了學(xué)術(shù)研究的前沿問題之一。目前,對多胞材料的力學(xué)性能已經(jīng)有了基本把握,但是由于其自身的結(jié)構(gòu)特點,一些涉及多胞材料,甚至基本胞元變形特征的問題還有待于進一步澄清。由于實驗條件的局限性,本論文借助計算力學(xué)的優(yōu)勢,結(jié)合實驗結(jié)果相互驗證,從多胞材料胞元力學(xué)響應(yīng)特性出發(fā),建立了胞元和多胞材料的計算模型,研究了多胞材料及其胞元的沖擊動力學(xué)特性。本文的主要研究結(jié)果如下： (1)基于數(shù)值模擬和實驗驗證相結(jié)合的方法,研究了圓管在兩剛性板側(cè)向壓縮下的變形特性。詳細分析了理想彈塑性和線性強化彈塑性圓管在大變形壓縮過程中,塑性鉸在圓管橫截面內(nèi)的形成和傳播過程,澄清了塑性鉸的產(chǎn)生及演化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,給出了側(cè)向壓縮條件下,圓管的荷載與相對壓縮量之間的顯式代數(shù)方程。和已有實驗結(jié)果比較表明,本文給出的理論方程可以很好的預(yù)測圓管在側(cè)向壓縮變形過程中的力學(xué)特性,且因其為代數(shù)方程,更易于在工程中應(yīng)用。 (2)采用有限元數(shù)值模擬方法,研究了Ⅰ型—Ⅱ型組合結(jié)構(gòu)帶肋圓管在剛性板側(cè)向壓縮作用下的力學(xué)特性。建立了帶肋圓管在剛性板側(cè)向壓縮作用下的有限元模型,研究了帶肋圓管的變形模式,力學(xué)響應(yīng)和能量吸收特性。根據(jù)帶肋圓管中圓管與肋板之間的幾何變形關(guān)系給出了肋板與對稱軸之間的臨界夾角�；诓煌R界夾角給出了不同情況下,帶肋圓管在剛性板側(cè)向壓縮作用下荷載—相對位移關(guān)系的理論方程。計算結(jié)果表明Ⅰ型—Ⅱ型組合結(jié)構(gòu)可以修正Ⅰ型或Ⅱ型單一結(jié)構(gòu)的缺點,更好地控制響應(yīng)過程。 (3)基于功能梯度的概念,建立了二維密度梯度圓環(huán)蜂窩材料和三維密度梯度金屬空心球泡沫模型,并對其動力學(xué)特性進行了研究。在相對密度一定的情況下,對比分析了密度梯度多胞材料和均勻多胞材料的動力學(xué)響應(yīng)特性。基于一維沖擊波理論,結(jié)合數(shù)值模擬,給出了梯度多胞材料平臺應(yīng)力的半經(jīng)驗公式。討論了點陣結(jié)構(gòu)對金屬空心球泡沫力學(xué)性能的影響。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB301
【目錄】：

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