冲击载荷下金属薄壁圆柱壳动态响应特性研究

为探讨薄壁结构金属件在冲击载荷作用下的变形模态、受力特征等动态力学响应特性,对3种材料的薄壁圆柱壳体进行了不同速度的落锤冲击实验,获得了相同冲击条件下不同材料圆柱壳体的变形模态、吸能方式和轴向缩短率,以及冲击速度和径厚比对圆柱壳体吸能和轴向缩短率的影响规律. 研究结果表明:薄壁圆柱壳的轴向缩短率随着冲击速度增加而增加,由于应变率效应吸能能力也随着冲击速度增加而增加;薄壁圆柱壳体的轴向缩短率随着径厚比的增加而增加;动态冲击条件下的平均后屈曲载荷远大于准静态条件下的理论载荷,除了与圆筒直径、厚度以及材料特性相关外,还与冲击速度相关;通过非轴对称屈曲折皱变形来抗冲击A6060铝合金适合用于薄壁结构件.      

一种新型仿生层次多胞薄壁管的耐撞性研究

薄壁结构以其优异的力学性能被广泛应用于汽车的防撞吸能设计中.本文以生物层次结构为仿生原型,提出了一种新型的多胞薄壁吸能结构,并采用理论和数值模拟对不同阶次层次截面的铝合金薄壁结构进行动力学分析,研究了层次结构对薄壁结构耐撞性能的影响.研究表明:在同等材料以及壁厚的情况下,层次多胞薄壁结构的比吸能与载荷效率等吸能特性优于传统的单胞和多胞结构,并随着层次结构的不断增加而进一步提升.     

含孔薄壁方管结构吸能的数值模拟研究

针对含孔薄壁方管的力学性能有较大差异的问题,对于不同结构的铝合金薄壁方管,分别进行轴向冲击载荷作用下的有限元数值模拟的动态力学行为研究. 比较了各种薄壁开孔结构的能量吸收性能,及其耐撞性的各种参数,如比吸能(SEA)及平均破坏力、峰值破坏力等. 研究结果表明,与无孔方管对比,开孔方管初始峰值载荷变化很小,但是其比吸能有不同程度的变化. 在本文研究的范围内,开孔位置为L₀=0.50L的4方孔方管吸能效果最好.     

泡沫填充类蜂窝夹层结构的耐撞性

本文创新构型一种聚氨酯泡沫填充类蜂窝夹芯结构,取类蜂窝胞元壁厚分别为0.3、0.5、1.0 mm,运用数值模拟方法对该填充结构在不同冲击速度作用下的耐撞性进行了系统研究,并分析了类蜂窝胞元壁厚对结构耐撞性及变形机制的影响。结果表明,在7、14、33 m/s冲击载荷作用下,类蜂窝胞元壁厚为0.3 mm填充结构的比吸能、载荷稳定性及吸能效率要高于其他两种壁厚结构的相应值,此条件下填充结构的耐撞性最优,胞元壁厚为0.5 mm结构的耐撞性次之。对于该泡沫填充类蜂窝结构而言,减小类蜂窝胞元壁厚能显著提升结构的载荷稳定性,在相同胞元壁厚条件下,填充结构在低速载荷冲击作用下表现出了比中、高速冲击作用下更优的载荷稳定性和吸能效率。     

周期开孔圆管的准静态轴压特性

结合多胞材料的可压缩性和圆管结构的轴对称性,提出了一种周期开孔圆管的缓冲吸能新结构.通过数值模拟研究了该结构在轴向准静态加载下的力学响应.加工了典型尺寸的试件,对其进行了准静态实验研究,实验结果证明了数值模拟的可靠性.数值模拟和实验的结果表明在准静态轴压下,该结构主要变形模式为整体轴向均匀压缩,载荷位移曲线平滑,载荷力稳定且幅值较大,比吸能和冲程效率适中,缓冲吸能性能较好.讨论了几何参数对结构吸能性能的影响,发现圆管厚度对平均载荷的大小起决定性支配,二者呈现较好的线性关系,随着周期开孔数或者胞元壁厚的增加,平均载荷逐渐增加,冲程效率逐渐减小,比吸能变化不大.     

时效时间对6063铝合金准静态压缩性能的影响

以6063铝合金汽车吸能型材为研究对象,采用准静态轴向加载方式,从组织、力学性能等方面研究不同时效制度对6063铝合金型材准静态压缩性能的影响。结果表明：当时效温度为200 ℃时,随着时效时间的延长,合金组织中大尺寸析出相的数量呈先增加后减少的趋势,粗晶层厚度基本不变;随着时效时间的延长,6063铝合金型材的强度、硬度升高,同时准静态压缩的承载能力增强,时效时间6 h时承载能力达到峰值;6063铝合金型材的吸能性能随时效时间的延长而提高,时效时间6 h的吸收功较2 h的提高了48%。     

大截面7A04高强铝合金角形柱轴压整体稳定试验研究

为研究大截面的7A04高强铝合金角形柱轴压整体稳定性能,进行了18个试件的试验,将试验结果与我国规范进行对比,并建立了试验的有限元模型.试验结果表明:名义长细比为30~80时,试件发生弯扭屈曲破坏;名义长细比为100时,试件发生弯曲屈曲破坏.可得出结论:我国规范过多考虑板件局部屈曲对于构件的影响从而大大低估其稳定承载力;对于板件宽厚比超限不多的构件,局部屈曲对构件稳定承载力几乎无影响;有限元计算结果与试验结果吻合良好,用所建立的有限元模型可以对7A04高强铝合金角形柱稳定性能进行准确模拟.     

薄壁结构吸能预测的多元非线性回归分析

为了研究试验参数对薄壁金属结构吸能特性的影响规律,预测和分析这一类型的薄壁结构吸能特性,针对轴向冲击载荷作用下薄壁结构动态响应的非线性特性,以数值模拟为基础,建立了结构吸能特性参数与试验参数之间的多元二次非线性回归模型,编制了Gauss-Newton迭代算法程序对该非线性回归模型参数进行求解.以方形薄壁结构为例,得到了比吸能E_s,有效撞击力AE和有效撞击行程SE分别与试验参数之间的非线性拟合数学方程,最后使用该二次非线性回归模型对这一类型的方形薄壁结构在轴向冲击载荷作用下的吸能特性进行预测.结果表明:方形薄壁结构各项吸能特性参数的回归值与试验值的相对误差控制在±6.0%以内,比吸能E_s、有效撞击力AE和有效撞击行程SE的相对预测误差平均值分别为0.683%、4.604%和3.392%,说明该模型预测精度比较理想.     

轴向压缩下泡沫铝填充薄壁圆管吸能特性研究

利用有限元软件ABAQUS对7种不同几何尺寸的泡沫铝填充管进行准静态轴向压缩的数值仿真分析,系统地研究了管的高度、壁厚、直径以及泡沫铝的填充对圆管吸能性能的影响;与实验对比,分析了7种泡沫铝填充试件的平均载荷、初始峰值载荷、比吸能(ESA)和压缩力效率(ECF)等吸能评价指标。研究结果表明,泡沫铝填充管在准静态轴向压缩时,管的壁厚与直径对管的吸能性能有显著影响;管的高度对其吸能性能影响较小,但高度的增加可以增加管的总吸能;泡沫铝的填充提高了管的承载力、总吸能、比吸能和压缩力效率。本研究成果可为设计理想的缓冲吸能装置提供一定的技术依据。     

铝合金型材的冲击压溃载荷特性研究

为了确定Riera公式中的压溃载荷,基于材料实验机和霍普金森压杆实验系统,对铝合金型材在轴向准静态和不同速度冲击加载作用下的静、动态压溃行为进行了研究,得到了多种尺寸和形状规格型材在静、动态压溃过程的载荷时间曲线,以及峰值压溃载荷和平均压溃载荷随冲击速度的变化规律.分析结果表明,Riera公式中的压溃载荷采用平均压溃力是较好的选择,铝合金型的动、静态压溃力的差异来自结构的横向惯性效应.通过量纲分析,在进一步整理实验数据的基础上得到了适用于准静态和冲击加载作用的铝合金型材统一的平均压溃力经验公式.     

轴压作用下薄壁方钢管局部屈曲失稳的有限元分析

通过有限元模拟分析了轴压作用下薄壁方钢管的局部屈曲失稳形式．通过对一系列不同高宽比的方钢管模型的屈曲模态分析,研究了薄壁方钢管在轴压作用下发生局部屈曲失稳的规律．通过有限元模型分析,发现在轴向压力作用下,方钢管发生局部失稳破坏时,其临界荷载的大小主要受方钢管的宽厚比影响,而其高宽比对临界荷载的影响可以忽略不计．轴压作用下方钢管发生屈曲破坏时的屈曲系数非常接近于4,与四边简支的薄板在轴压作用下失稳的屈曲系数相同．这一结论对于薄壁方钢管在轴压作用下的屈曲分析具有参考价值．     

圆筒内旋转细长梁振动分析的关键参数

根据有限元理论,利用ANSYS软件建立了旋转细长梁有限元理论模型。在转速为100 r/min、钻压为200 N条件下,研究内筒轴向压力、细长比的因素影响以及内筒转速对内筒横向位移的变化情况。结果表明:随着细长比的增长,距离中间节点越远的节点,起始时间越滞后。在有自重影响下,下节点的横向位移随轴向力变化,位移依次变大。内筒随着转速的增加,内筒的横向位移也逐渐变大。     

基于不同减薄量的纵向内筋薄壁筒反向滚珠旋压分析

采用反向滚珠旋压制造带有纵向内筋的薄壁筒形件.将刚塑性有限元与工艺实验相结合,被应用于分析在不同壁厚减薄量下带有纵向内筋薄壁筒形件反向滚珠旋压成形.有限元模拟结果和实验结果都表明内筋的高度随着壁厚减薄量的增加而增加,但在模拟结果与实验结果之间存在着大约10%的误差.有限元模拟的应变等值线图表明在筒壁变形区的径向应变和内筋变形区的切向应变有助于内筋的成形.轴向旋压力有限元预测结果表明较大的壁厚减薄量导致了轴向旋压力的增加,同时也导致了旋压件表面金属材料的非稳定流动.     

超硬铝合金无缝管材挤压成形工艺优化

为了揭示大型铝合金无缝管材挤压成形中的关键技术问题,以7075铝合金为例,采用刚黏塑性有限元法分析工艺参数对铝合金管材挤压成形过程的影响。研究结果表明:随着成形温度增加,挤出模口处所受附加拉应力逐渐降低,但过高挤压温度反而会增大黏附力;随着挤压速度增大,所需挤压载荷明显增加,且管材挤出过程中金属变形流动的均匀性随之降低;在挤压温度为430℃、挤压速度为2 mm/s时进行工艺实验,一次性成形大型铝合金无缝挤压管材,且所得制品的表面质量良好,符合使用要求。     

反应破片对中厚铝合金靶的侵彻效应研究

 研究反应破片对中厚铝合金靶的侵彻效应。设计了一种单发反应破片侵彻效应研究的试验装置,研究了反应破片在不同撞击速度下对中厚铝合金靶的侵彻效应;并利用AUTODYN-2D软件建立了反应破片侵彻中厚铝合金靶板效应的数值模拟方法。结果表明:Al/PTFE反应破片在高速撞击下具有动能和化学能双重毁伤效应,在1346~1645m/s的撞击速度下可发生点火和能量释放,在20mm厚铝合金靶上形成3.41~6.51mm的侵孔,在此基础上开展的数值模拟结果与试验结果也有较好吻合。     

单层框架动力稳定性影响参数分析与极限位移确定

采用有限元法对多种单层钢框架结构进行动力稳定性分析,研究不同地震作用、长细比、轴压比等参数对动力稳定性的影响,绘制出轴压比与动力极限位移的关系曲线,提出单层钢框架在实际工程中防倒塌设计的建议.     

薄壁异形管面内绕弯过程的模拟与实验研究

研究了一种薄壁异形铝管面内绕弯成形过程.基于LS DYNA软件平台建立了铝管弯曲过程的有限元仿真模型,并通过实验验证了模型的可靠性.提出了该口琴形截面薄壁异形管弯曲成形过程中孔道畸变的评价方法,分析了弯曲变形后各孔道的变化规律,以及弯曲角度、弯曲半径、模具与管坯间隙和模具与管坯间的摩擦对异形管孔道畸变的影响规律.研究结果表明：异形管弯曲变形后外侧孔道缩小而内侧孔道扩大,其孔道的畸变程度近似呈线性分布;增大弯曲半径有利于减小孔道畸变程度,而弯曲角度、模具与管坯间隙和模具与管坯间的摩擦对孔道畸变影响不大.     

碳纤维增强铝合金层合方管轴向吸能特性

为减轻薄壁吸能结构质量、提高结构能量吸收性能,制备碳纤维增强铝合金层合方管试样。对方管试样进行准静态轴向压缩试验,研究碳纤维增强铝合金层合方管的变形模式和机理。提出分段碳纤维复合材料层合方管的设计方法;并对其轴向吸能特性进行对比验证。结果表明,外层碳纤维复合材料与内层铝合金材料的界面出现脱层断裂,内层铝合金材料对方管变形起到了引导作用,外层碳纤维复合材料阻碍铝合金材料的折叠变形,碳纤维增强层合方管较原铝合金方管有效压缩能量提高了35.79%,压缩力效率提高了28.38%;而分段碳纤维增强铝合金层合方管还能有效降低初始峰值压缩力,提高薄壁结构压缩力效率,压缩力效率较原来提高了13.53%,进一步提升碳纤维增强薄壁结构的吸能特性。     

薄壁槽钢柱的抗火计算方法及参数分析

基于Rankine公式，提出了一种可用于计算热轧薄壁槽钢柱抗火极限的方法，采用有限元软件MSC．MARC．Mentat对模型进行非线性有限元分析，给出模型网格划分及其失效后的变形图。对比有限元分析结果与理论解，吻合较好。并针对薄壁槽钢柱的长细比、扭转刚度参数及截面的宽高比，对其抗火性能的影响进行参数分析。结果表明：长细比是影响柱子抗火能力的最重要的因素，长细比越大，极限抗火承载力越低；弹性弯扭屈曲向弯曲屈曲转化的临界长细比不随温度的改变而改变；对于薄壁槽钢柱而言，在截面面积一定或近似的情况下，截面宽高比越大，扭转刚度参数K越小，柱子在火灾下的极限承载力越好。     

航空铝合金薄壁件铣削加工变形的预测模型

为预测航空铝合金薄壁件的铣削加工变形,建立三维有限元模型.通过有限元软件MSC,MARC,向有限元模型添加初始应力场、对节点施加铣削力、控制铣刀路径和对模型的网格进行自适应网格细化.使用该模型进行薄壁零件的铣削仿真.仿真结果表明:铣削之后,薄壁零件呈中间凹陷、四周翘起的盆形.同时,零件的薄壁向内部凹陷.为检验仿真结果的正确性,设计验证实验以测量加工后零件的变形.实验的结果与仿真结果相吻合,证明本文提出的有限元模型可有效预测航空铝合金薄壁件的加工变形.该有限元模型可用来选择合适的加工策略以减小航空铝合金薄壁件的加工变形.