高强钢薄壁管梁结构轴向冲击性能的数值分析

以点焊连接闭口帽形结构为例,选择3种典型高强钢材料,比较了不同板厚结构的轴向冲击特性.分析了冲压成形过程造成的帽形结构局部几何和材料属性变化,对该过程进行了数值仿真,将成形结果映射至碰撞仿真模型中,比较了成形因素对不同模型的影响,并与理论解析解进行了比较.研究结果表明:冲压成形过程导致结构局部减薄和材料加工硬化,对双相钢的影响最为明显;引入成形因素改变了轴向冲击变形的屈曲方式和后继变形模式,在先进高强钢材料的碰撞仿真中不可忽视;平均冲击力数值仿真结果与理论解析解存在一定偏差,但均表明双相钢具有更优良的变形吸能特性.     

材料应变率效应对2类吸能结构碰撞性能的影响

轨道车辆吸能结构变形时伴随着明显的应变率效应,为了研究材料应变率效应对碰撞仿真结果的影响,以应变率敏感材料Q235为研究对象,首先,通过实验数据对比和理论解对比2种方法,证明考虑应变率效应的Q235材料模型的可靠性;然后,研究材料应变率效应对挤压式和压溃式圆锥管吸能结构碰撞载荷与吸能、变形模式等耐撞性能的影响;在此基础上,提出2种受材料应变率效应的影响不明显、变形有序可控的诱导式吸能结构。研究结果表明:对于不同结构,材料应变率效应影响因子不同,考虑材料应变率强化效应的挤压式吸能结构碰撞力放大因子比压溃式圆锥管结构的大;对于不同结构,材料应变率效应影响因子随速度变化的幅度不同,挤压式吸能结构的应变率效应放大因子随速度变化幅度比压溃式的小;材料应变率效应对第二类吸能结构的变形模式影响显著,应变率强化效应减少了应变率较大的变形,增加或促进了应变率较小的变形;诱导式吸能结构的变形模式受材料应变率效应的影响不明显,变形有序可控,在工程设计中可考虑采用诱导结构,以减少材料应变率效应对结构变形模式的影响。     

高强度双相DP780钢板冲压成形的变摩擦系数模型及其应用

在边界润滑条件下,对高强度双相DP780钢板进行了销-盘式摩擦试验,研究了在不同界面载荷条件下DP780钢板与DC53模具材料之间的摩擦系数,建立了基于不同载荷的变摩擦系数模型,并对DP780钢U形件的成形过程进行数值模拟和实际冲压试验,比较了恒定摩擦系数模型和变摩擦系数模型条件下回弹量的预测结果与测量值的误差.结果表明:DP780钢板与模具材料的摩擦系数随着界面载荷的增大而减小;采用变摩擦系数模型可以有效提高冲压成形中回弹量的预测精度.     

考虑材料失效准则的吸能装置失效行为与碰撞特性

在对广义增量应力状态相关损伤模型(GISSMO)失效准则5个基本特性分析的基础上,以DP800为基础材料,从应变场分布、失效单元应力三轴度和应力-应变关系3个方面验证GISSMO失效准则在仿真过程中预测各向同性韧性材料失效的准确性;在此基础上,以挤压式与压溃式2种机车车辆常用吸能装置为研究对象,对比不考虑失效、考虑V-M应变失效准则,考虑GISSMO失效准则条件下,2种吸能装置的失效行为与碰撞特性。研究结果表明:GISSMO失效准则在描述各向同性韧性材料失效行为方面具有较大的优势;吸能装置在轴向碰撞过程中的应力三轴度处于不断变化中,采用考虑应力三轴度的GISSMO失效准则使得仿真结果更准确;针对压溃式吸能装置,在材料断裂应变较小时,采用GISSMO失效准则的仿真计算中结构压溃过程会出现大面积撕裂等失效行为,降低结构的碰撞力和吸能量,在此类吸能装置设计的材料选择中应选择断裂应变较大的材料。     

高强度钢板室温冲压成形中温度效应的数值仿真

采用数值仿真方法,通过引入与应变率相关的本构方程来建立先进高强度DP590钢U形件弯曲过程仿真模型,分析了不同速度下DP590钢板与模具的界面温度和接触压力变化情况.结果表明:在高速冲压的仿真过程中,引入与应变率相关的本构方程将显著提高界面温度场的预测精度;随着冲压速度提高,界面温度明显升高;应变率引起的材料应变硬化对界面温度的影响显著.     

逆断层作用下埋地管道局部屈曲行为研究

为研究断层作用下埋地管道的局部压溃和起皱行为,以黄土地层埋地管道为例,建立了管土耦合数值计算模型,分析了逆断层作用下埋地管道的变形及局部屈曲过程,研究了内压、径厚比及地层位错量对管道局部屈曲模式的影响规律。结果表明,随着地层位错量增大,断层面两侧管道出现应力集中,并逐渐演化为局部屈曲,埋地管道变形曲线由S形变为Z形,断层面两侧的管道变形并非呈对称或反对称分布,上盘区的管道屈曲现象较下盘区更为严重;地层位错量大于3倍管径时,管道轴向应变迅速增大;无压管道和低压管道的局部屈曲模式为压溃,而随着内压的增大,管壁屈曲模式由压溃变为起皱,且管道起皱幅度随着内压的增大而增大;上盘区管段屈曲部位与断层面之间距离受内压、径厚比影响较小,而压溃模式下下盘区屈曲部位与断层面之间的距离随着内压的增大而减小,起皱模式下二者之间的距离随着内压的增大而增大;不同地层位错量作用下,管道最大轴向应变随径厚比的变化呈现出不同变化规律。     

类蜂窝结构的面内冲击特性研究

以类蜂窝结构为研究对象,讨论了不同冲击速度作用下该结构的面内冲击力学性能及能量吸收能力,并与传统的六边形蜂窝结构在不同方向冲击作用下的变形模式、比吸收能量进行了对比。研究结果表明:在低速冲击下,类蜂窝结构先后表现出V形、X形、K形及I形等局部变形特征;在中高速冲击下,类蜂窝结构中的六边形与四边形胞元交替压溃,并从冲击端的I形局部变形逐步扩展到固定端;随着冲击速度增大,类蜂窝表现出更强的能量吸收能力,且与六边形蜂窝相比,其能量吸收过程不受冲击方向的影响,更加稳定可靠。研究结论可望为进一步研究同一结构模型不同布置方式的类蜂窝结构的动态冲击特性提供依据。     

矿用扩径式吸能防冲构件特性数值分析

为增强液压立柱抗冲性能,有效防治煤矿冲击地压,或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失,提出并设计了一种与液压立柱结合使用的扩径式吸能构件.采用ABAQUS软件对构件吸能防冲特性进行研究,结果表明:不同尺寸和不同材料扩径式构件均具有非常好的稳定变形破坏模式,尺寸、材料和冲击速度对构件变形破坏模式没有任何影响.扩径式构件压缩过程中具有较为恒定的反作用力,反作随构件材料强度和随壁增加而增大,但尺寸、材料和冲击速度对构件力-位移变化规律没有影响.扩径式构件具有一定承载力,具有较小的载荷波动系数和较高的冲程效率.扩径式构件是一种较为理想的吸能防冲构件,其与现有常规立柱结合使用,可改善立柱受冲击载荷时的受力情况,增强立柱防冲性能.     

组合式铝蜂窝低速冲击响应特性实验研究

以组合式铝蜂窝为研究对象,通过改进SHPB系统,利用激光光通量位移计和PVDF压电薄膜测试技术,得到了铝蜂窝结构大应变低速压缩应力应变曲线;结合高速摄影分析了组合式铝蜂窝结构在低速撞击条件下的变形响应方式和吸能特性过程.结果表明,组合式蜂窝结构动态吸能可分为蜂窝嵌入过程和结构共同压溃两个阶段,对于厚度相同的两级组合式铝蜂窝结构这两个阶段的转换变形应变约为0.5,嵌入阶段所吸收的能量占总吸能比约为25%;组合蜂窝结构的吸能效率曲线存在两个相当的峰值,约为40%.与准静态结果对比,动态加载条件下,组合式蜂窝结构吸能效果更好.      

聚脲涂覆三维负泊松比点阵结构的静态力学性能研究

本文针对四面内凹金字塔型负泊松比点阵结构在有无聚脲涂覆两种情况下的静态力学性能进行了试验研究.采用增材制造方法制作了不同阵列型式的试验模型,实施了点阵模型的准静态压缩试验和点阵夹层结构的三点弯曲和四点弯曲试验.试验结果表明,点阵结构在压缩载荷作用下呈现明显的负泊松比效应.涂覆聚脲后点阵结构的力学性能有明显提升,压缩平台应力约为0.6–1.0 MPa;对于多胞结构,总吸能、单位体积变形能和比吸能显著高于未涂覆聚脲模型1–2个数量级;最大吸能效率和压缩利用率大于未涂覆聚脲模型,最高分别可达40.59%和55.15%.由于未涂覆聚脲点阵结构会发生早期材料脆断,其单位体积变形能、比吸能、最大吸能效率和压缩利用率会随单元数量的增加而减小.涂覆聚脲点阵结构的吸能特性受聚脲涂层的厚度影响较大.在弯曲载荷作用下,未涂覆聚脲点阵夹层结构易出现芯层局部压溃现象,靠近压头部位的芯层最易发生破坏,且芯层破坏程度逐层降低;上面板最终呈现折线型变形,下面板呈现弧形变形模式.涂覆聚脲点阵夹层结构的上面板早期呈现"U"型变形模式,且芯层失效范围大幅减小,下面板变形较无聚脲涂覆点阵夹层结构增大19.61%–42.03%.研究结果可为设计轻质化和高效吸能的舰艇防护结构提供借鉴.     

冷弯厚壁钢管短柱试验及规范公式比较

以宽厚比为主要变化参数,进行了16根冷弯厚壁钢管轴压短柱试验,研究冷弯效应对强度的影响.试验结果表明:荷载-位移曲线的形状主要取决于截面的宽厚比.宽厚比较小时,达到峰值荷载后下降较慢,邻近破坏时构件的轴向位移很大;宽厚比大时,局部屈曲影响明显,荷载达峰值后下降较快.同时基于试验结果,与国内外规范考虑冷弯效应的屈服强度计算公式进行了比较,认为我国规范考虑冷弯效应的屈服强度计算公式对于全截面有效的冷弯厚壁型钢也是适用的,且偏于保守.     

GFRP管轴心受压性能的试验研究

纤维增强复合材料（FRP）具有高强轻质和耐腐蚀的优点，适合于腐蚀环境和大跨轻质结构．针对大跨度空间网格结构中的杆件，对拉挤玻璃纤维增强复合材料（GFRP）圆管的轴心受力性能进行了试验研究．首先通过短管受压试验得到了GFRP管的基本力学性能参数；然后进行了4组不同长细比共12根GFRP长管的轴心受压试验，研究了其稳定性能．最后根据文献和试验结果，提出了基于Perry公式的GFRP管轴心受压屈曲破坏承载力的计算公式．能较好地预测GFRP长管的轴压屈曲破坏．     

不同轴压比再生混凝土框架柱抗震性能试验研究

文章通过对5个粗骨料取代率为100%再生混凝土框架柱低周反复荷载下的抗震性能试验,研究各试件的破坏形式、滞回特性、延性性能、承载能力,分析轴压比对试件的抗震性能的影响。结果表明:在剪跨比、配箍率、混凝土强度都一致的条件下,随着轴压比的增加,试件的滞回曲线越来越扁平,耗能能力、延性及极限承载力不断下降。再生混凝土框架柱抗震性能的变化规律与普通混凝土柱基本相似,略低于普通混凝土柱构件,因而可以确定再生混凝土框架柱适用于低轴压结构。     

钢梁火灾下响应的虚拟仿真

根据火灾实验数据对结构的连续性、荷载大小及不同的连接结构对梁抗火性能的影响,进行了仿真计算,发现数值模拟得出的梁挠度-温度响应曲线与实验结果有极好的相关性,数值模拟能准确地预测结构出现急速变形的温度及时间.文中分析了连接结构的类型、轴向约束的强弱及载荷大小对结构抗火性能的影响.该研究诣在帮助了解结构的连续性及不同的连接形式对梁火灾下行为的影响并为开发简单,理性的设计方法提供研究基础.     

钢球斜轧成形的金属流动规律

基于钢球斜轧成形原理,采用DEFORM-3D有限元软件建立了钢球斜轧成形的有限元模型。相应的实验结果表明有限元模型是可信的。利用有限元结果研究了钢球斜轧成形过程的金属径向和轴向变形规律。研究表明：坯料的金属以周期振荡方式累积变形。在轴线方向上,球体间的连接颈是变形最剧烈的位置,离连接颈越近,金属的径向变形和轴向变形越大。在横截面方向上,球体前半球的金属,离轴线中心越近,径向压缩量越小,轴向位移越大;球体后半球的金属,离轴线中心越近,径向压缩量越小,轴向位移越小。     

充液内螺旋翅片游动芯头的性能分析

系统分析了充液内螺旋翅片游动芯头在旋压过程中的润滑特性,结果表明：与传统内螺旋翅片游动芯头相比,充液内螺旋翅片游动芯头在旋压过程中可实现充液润滑状态;随着充液压力和轴向运动速度的增大,轴向拉力减小,其中充液压力对轴向拉力的影响较大;球形挡头和锥形入口模结构较好。试验结果与理论分析基本一致。     

反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱抗震性能试验研究

通过4组16根箱形钢柱在偏心常轴压、柱顶反复水平荷载作用下的拟静力试验,研究轴压比、腹板宽厚比、柱顶弯矩等因素对箱形柱滞回性能的影响.试验表明,当柱顶轴力在腹板平面外的偏心小于b/8(b为翼缘板宽度)时,试件壁板屈曲变形为一个半波,腹板外凸,翼缘板内凹,变形基本对称.试件的塑性变形主要集中在柱根部区域,最大塑性变形一般出现在距固定端0.4～0.5h(h为腹板宽度)处.腹板宽厚比是影响构件抗震性能的主要因素,宽厚比越大,滞回曲线越不饱满,骨架曲线下降越陡,承载力及刚度退化越严重;轴压比的影响次之;柱顶弯矩的影响较小.根据试验结果,提出构件适用于四类抗震等级的定量判定标准及大跨度钢结构中箱形钢柱腹板宽厚比的设计建议.     

按全过程法确定Clough模型参数的非线性地震反应分析

不同轴压力作用下和不同配筋率以及不同物理力学指标(如钢筋强度)时的结构构件恢复力模型的特征参数值是不相同的。过去采用相同的数值进行非线性动力反应分析无法反映出结构性能受这些因素的影响。本文提出通过全过程分析求出这些参数,然后用于动力反应分析。振动台试验证明,此法合理可靠。     

HRB600E高强钢筋混凝土柱抗震性能及恢复力特性

为研究HRB600E高强钢筋混凝土柱抗震性能,对6根配置HRB600E高强钢筋与1根配置HRB400E普通钢筋的正方形截面混凝土柱进行低周往复荷载试验.研究轴压比、箍筋间距、纵筋强度和纵筋配筋率对高强钢筋混凝土柱抗震性能的影响,建立HRB600E高强钢筋混凝土柱恢复力模型.研究结果表明：配置HRB600E高强钢筋混凝土柱的滞回性能、变形能力与耗能能力良好;轴压比增大,试件延性降低,承载力与耗能能力提升;减小箍筋间距,试件变形能力与耗能能力增强;增大纵筋配筋率,试件承载力提升,耗能能力与延性降低;建立的HRB600E高强钢筋混凝土柱三线型恢复力模型与试验结果吻合较好,为工程结构弹塑性分析提供参考.     

薄壁结构加强筋弯扭耦合屈曲分析

用能量法分析了面内受压的薄壁加强筋弯扭耦合屈曲，研究了柔性腹板加强筋和刚性腹板加强筋以及不同结构形式加强筋（对称型和不对称型加强筋）弯扭耦合屈曲特性，并考虑了截面变形和板后屈曲的影响．计算表明本方法计算结果和有限元计算结果有较好的一致性，通过对不同结构加强筋的计算，得到一些对工程结构设计和建造有一定指导意义的结果．