泡沫填充圆管的动态轴向压缩吸能特性

为开发可用于汽车安全设计和航天器回收等领域的新型碰撞吸能结构,在泡沫填充圆管受准静态轴向压缩吸能特性分析模型的基础上,建立了轴向压缩条件下的动态吸能特性分析模型。分析结果表明,加载速率对泡沫填充圆管的吸能能力有较大影响,吸能能力随加载速率的增大而提高。该文还采用LS-DYNA软件对泡沫填充圆管的轴向压缩吸能过程进行了数值模拟,并与理论分析结果进行了对比。结果表明,二者具有较好的一致性。     

防冲液压支架变梯度薄壁吸能构件研究

针对冲击地压下巷道支护设备防冲能力差,易遭受冲击性失效问题,提出一种防冲支架用变梯度薄壁圆筒吸能防冲构件,设计变梯度薄壁圆筒吸能构件不同的壁厚差和段数参数,对各参数变梯度薄壁圆管其进行冲击压溃模拟仿真,并分析各相关吸能防冲性能参数,结果表明:变梯度薄壁圆管构件段数和厚度差的增加均会使薄壁圆管压溃初始壁厚变小,从而减小初始峰值力;在平均壁厚相同情况下,不同壁厚差和段数的变梯度薄壁圆管的平均支反力和总吸能量高于普通薄壁圆管9.3%～178%;在各参数变梯度薄壁圆管中,分为四段且厚度差为0.5 mm的变梯度薄壁圆管构件的初始峰值力、吸能量和平均支反力、支反力波动性能参数较优,是ZQ6000/26/36两柱单导杆式防冲支架较为理想的防冲吸能构件。变梯度薄壁圆管构件的设计可以改变普通薄壁圆管构件形成塑性铰的位置及数量,使薄壁构件变形趋向较为稳定的钻石模式和混合模式转变,提高了吸能防冲能力。     

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。     

汽车车身碰撞性能的有限元仿真与改进

在碰撞仿真理论的指导下，以某型号小客车为研究对象，建立了整车正面碰撞有限元模型，并按照国家汽车安全法规CMVDR294的要求进行了整车正面碰撞试验的数值仿真，结果显示，与试验结果取得了较好的一致。根据仿真计算结果，对发动机罩及其铰链进行结构和材料两方面的改进设计，改善了发动机罩的变形吸能模式，在此基础上，为了更全面评价整车结构的耐撞性能，建立了整车偏置碰撞有限元模型，进行了偏置碰撞的数值模拟分析，计算了车身变形及其吸能特性。根据仿真计算结果，对前纵梁和前轮罩进行结构改进设计，提高了其吸能能力。     

汽车保险杠碰撞的数值模拟

根据保险杠低速碰撞试验规范的要求，应用ANSYS/LS-DYNA软件进行汽车保险杠碰撞数值模拟仿真，得到变形、速度、加速度、碰撞力等特征参数，低速碰撞仿真中获得的这些参数可以作为保险杠结构设计的参考依据．利用台车进行保险杠的低速碰撞试验，对仿真结果与试验结果之间存在的误差进行分析，仿真和试验结果都表明简易型保险杠在低速碰撞过程不能充分发挥其缓冲吸能作用并且发生压渍失效，而改进设计后的缓冲吸能式保险杠具有较好的吸能特性和耐撞性能，在发生低速碰撞冲击时能很好地起到保护汽车其他元件的作用。     

3D打印碳纤维复合材料的轨道车辆端部结构仿真研究

为进一步实现轨道车辆轻量化,本文首先对3D打印连续碳纤维复合材料进行了研究.然后,基于ABAQUS对用3D打印碳纤维复合材料制造的轨道车辆端部结构进行了仿真,分析了该构件的碰撞吸能性能和其失效模式,比较了不同铺层的复合材料车辆端部结构的不同碰撞吸能行为.研究表明,连续纤维有角度地错开了结构铺层,不仅可以提高材料的吸能量,还有助于应力在材料内部传递,从而缓解材料内部应力集中,也可降低碰撞接触力,减缓碰撞过程中的减速加速度与反弹加速度,减小回弹速度.     

汽车碰撞事故缓冲吸能装置设计

本文在系统地研究了国内外汽车碰撞缓冲吸能方法的基础上，通过在车辆纵梁和前保险杠之间安装一套可伸缩的缓冲吸能装置，以实现在碰撞前将设计安装在原吸能梁中的辅助吸能梁及保险杠的中段伸出车外并将其限位，使其参与碰撞吸能，达到增加吸能空间，延长碰撞时间历程的效果。该装置具有结构简单紧凑、成本低廉、可靠性强等优点，具有重要的研究意义和实用价值。     

仿竹结构薄壁管的轴向耐撞性分析及优化

为提高薄壁管结构的耐撞性和吸能性,基于竹结构设计出由仿生节、仿生单元和仿生内管组成的仿生吸能管,并利用有限元法模拟了仿生吸能管的轴向碰撞吸能,利用响应面法求得了仿生吸能圆管的最优结构。优化得出仿生单元壁厚为1mm、仿生内管壁厚为0.628mm时吸能特性最优,比吸能分别为157.57kN和34.33kJ/kg。结果表明:仿生设计和响应面优化,可提高薄壁管的吸能特性,可为薄壁管的优化设计提供新方法。     

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.     

基于近似模型技术的圆管耐撞性优化设计

针对汽车纵梁前端的薄壁吸能圆管,进行了涉及半径与长度变量的形状尺寸参数化设计,提出对设计空间进行逐次拟合的方法,通过移动与缩放来不断更新与缩减整个设计空间,在新的设计空间中将试验设计、薄壁圆管的高精度近似模型以及小种群遗传算法相结合进行寻优.数值算例表明,最优设计不仅使薄壁圆管的吸能性得到改善,提高了优化设计的效率,而且还减轻了质量.     

圆端形不锈钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

以外钢管材质、加载方向及中空夹层截面为变化参数,进行了 4个圆端形不锈钢管（concrete-filled round-ended stainless steel tubular,CFRST）和2个圆端形普通钢（concretefilled round-ended carbon steel tubular,CFRT）混凝土桥墩试件的往复加载拟静力试验. 分析了试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性系数及耗能等. 试验结果表明：圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的破坏形态均为墩底外钢管的鼓曲及底部混凝土的局部压溃,各试件的滞回曲线较为饱满,无明显捏拢现象,耗能能力及延性均较好;与圆端形钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的峰值荷载及初始刚度基本不变,但延性及耗能能力增加,刚度退化程度减小;与圆端形实心不锈钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形中空夹层不锈钢管混凝土桥墩试件沿强轴加载时峰值荷载、初始刚度、延性及耗能能力均增加,而沿弱轴加载时由于内钢管平直段发生向内凹曲,其峰值荷载及初始刚度虽仍有增加,但延性及耗能能力略有降低. 给出了此类桥墩水平承载力的计算方法,计算结果与拟静力试验结果吻合较好.     

环向均匀脱空对圆钢管超高强混凝土柱偏压受力性能的影响

为研究环向均匀脱空对圆钢管超高强混凝土柱偏压受力性能的影响,通过环向均匀脱空圆钢管超高强混凝土柱的偏压试验,研究环向均匀脱空圆钢管超高强混凝土柱的承载能力、延性和破坏模式.结果表明:随着偏心率的减小,钢管局部屈曲的发生时刻提前,试件的延性减小;环向均匀脱空试件的初始刚度与无脱空试件的初始刚度基本相同;混凝土压溃位置与钢管局部屈曲位置基本一致,压溃程度随偏心率的减小而增大,与无脱空试件相比,环向均匀脱空试件的混凝土破碎更加严重;偏压试件的受拉裂缝近似沿中截面对称分布,裂缝长度和宽度随偏心率的减小而减小;无脱空和环向均匀脱空对圆钢管超高强混凝土柱承载力计算公式与实测结果吻合良好.     

Eccentricity Effects on the Crushing History and Energy Absorption of Metal Tubes Collapsed in Concertina Mode

The classical problem of a round metal tube collapsing in concertina mode when subjected to axial compressive loading has been reexamined both theoretically and experimentally. The model including an eccentricity factor proposed by Wierzbicki et al. and modified by Singace et al. has been taken one step further to obtain the real load-displacement history and to investigate eccentricity effects. The influence of the eccentricity parameter m on the mean crushing load was discussed according to the present analysis.Experiments were carried out to verify the eccentricity effects. The results show that experimental and theoretical load-displacement curves match perfectly, especially in terms of half wavelength. Unlike previous researchs, the results suggest that m is not a fixed value and may affect energy absorption.     

复式不锈钢管混凝土轴压试验研究

钢管混凝土在实际工程中已得到广泛应用,但普通碳素钢在极端环境中的应用存在局限性。不锈钢管混凝土既有类似于普通钢管混凝土的力学性能,又能在特定环境下起到耐腐蚀作用,在特殊工程中应用前景广阔。对一系列不同内钢管厚度和强度的复式不锈钢管混凝土轴压试验,结果表明应变达到0.07时,仍能够保持80%以上的峰值承载力,具有很好的延性;内钢管厚度的增加对极限轴向承载力的下降起到了明显减缓作用,但对其影响有限;提高内钢管厚度和强度均能显著提高试件的压缩刚度;现行规范能对复式不锈钢管混凝土轴压承载力进行较为准确的估计。     

排式矩形薄壁钢管径向冲击屈曲模态分析

钢管在径向冲击下的屈曲大变形问题对抗爆及抗冲击吸能装置设计具有重要意义.根据实验结果,设定了排式矩形钢管动力屈曲的变形模态,建立了相应的运动场,基于虚速度原理推导出了模态解方程,将问题转化为只含单一变量的方程.计算结果与实验数据对比发现,对于排式矩形钢管径向冲击屈曲问题,模态解方法可以较准确的反映实验现象;当偏转角度较小时,理论值与实验值几乎一致,但当偏转角较大时,理论值明显偏大.分析得出,导致这一偏差的主要原因是应变率效应,因此应变率效应对钢管的变形过程影响显著.     

某轧钢厂圆钢管屋架的结构设计

结合某轧钢厂圆钢管屋架的结构设计实例，介绍了圆钢管（以下简称“钢管”）屋架形式的确定、设计的一般原则和节点形式与计算等方面的主要内容，供设计人员参考。     

内配螺旋箍筋方钢管超高强混凝土柱的偏压受力性能

为研究内配螺旋箍筋方钢管超高强混凝土柱的偏压受力性能,对2个内配螺旋箍筋方钢管混凝土柱和1个普通方钢管混凝土柱进行偏心受压试验,试件内填混凝土的轴心抗压强度为111 MPa.结果表明:组合柱承载力的下降主要是由混凝土压溃导致;螺旋箍筋对提高组合柱承载力的作用不明显,但可显著提高组合柱的延性.     

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。     

自秘实方圆钢管混凝土四肢格构柱拟静力试验对比研究

通过对2个自密实方钢管混凝土格构柱模型和1个自密实圆钢管混凝土格构柱模型在恒定竖向荷载作用下的水平低周反复试验,研究了试件在低周反复水平荷载作用下的破坏形态和抗震性能,给出了试件在反复荷栽作用下的滞回曲线和延性系数．试验结果表明,3个自密实钢管混凝土格构柱构件的破坏形态基本一致,表现为最终缀管与柱肢连接处的柱肢被撕裂,说明缀管与肢柱的焊接连接处是构件的薄弱位置;滞回分析表明,圆钢管混凝土格构柱比方钢管混凝土格构柱具有更高的抗震能力．     

不锈钢管材弯曲成形回弹预测模型研究

为提高管材弯曲成形回弹预测精度,对回弹预测模型构建进行了研究.在1Cr18Ni9Ti不锈钢管材拉伸实验的基础上,提出并建立了分段非线性σ-ε模型,进而利用弹塑性变形理论构建了基于σ-ε关系的回弹预测模型,推导了回弹近似计算公式,并且对回弹影响因素进行了分析研究.实验结果表明,回弹预测结果与实验数据吻合较好,验证了理论分析的正确性和模型的有效性.