銅合金圓柱殼在軸向沖擊載荷作用下塑性動力屈曲的實驗研究及數(shù)值仿真.pdf

1、基于薄壁金屬圓柱殼構(gòu)型特殊，使其成為輕型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)元件，被廣泛地應(yīng)用于土木、化工、機(jī)械、航天航空、核工程等諸多民用和國防的重要工業(yè)領(lǐng)域中。多年以來，不同材料的薄壁金屬圓柱殼在不同類型的沖擊載荷作用下的屈曲行為引起了許多學(xué)者的興趣，已成為在固體力學(xué)研究中十分活躍的一部分；軸向沖擊載荷作用下結(jié)構(gòu)柱殼的動力失穩(wěn)與靜力失穩(wěn)的特征有著明顯的不同，這是因為軸向沖擊載荷引起應(yīng)力波效應(yīng)和結(jié)構(gòu)本身的慣性效應(yīng)。N.Jones等人通過對圓柱殼軸向沖擊的實驗研究

2、，提出動力漸進(jìn)屈曲和塑性動力屈曲。一般認(rèn)為，沖擊速度較低時(vo<5 m/s)薄壁金屬圓柱殼出現(xiàn)動力漸進(jìn)屈曲；而沖擊速度較高時，將會出現(xiàn)塑性動力屈曲和動力漸進(jìn)屈曲，這說明沖擊速度對殼體出現(xiàn)何種形式的屈曲是有影響的，此外，殼體的材料特性和幾何尺寸也能影響它的屈曲形式。到目前為止，仍未能確定在何種條件下產(chǎn)生動力漸進(jìn)屈曲或者塑性動力屈曲，因此，進(jìn)一步研究薄壁金屬柱殼的軸向沖擊載荷下的塑性動力屈曲問題顯得格外重要。
　　 本文通過低速下

3、軸向沖擊實驗和數(shù)值模擬，分析研究應(yīng)變率不敏感的銅合金圓柱殼在軸向沖擊載荷下的動力屈曲問題，所做的主要工作和得到的主要結(jié)論如下：
　　 1.利用DHR-9401落錘式?jīng)_擊加載試驗機(jī)，對相同厚度、相同半徑但不同長度的銅柱殼在一系列較低的速度下進(jìn)行了軸向沖擊實驗，觀察到大部分銅柱殼表面出現(xiàn)了期望的波紋。通過使用高速攝像機(jī)的拍攝，更加直觀的反映每個試件的屈曲的過程。借助5115型力傳感器，記錄圓柱殼沖擊端和底端的反力，并得到了沖擊力時程

4、曲線，沖擊時間在2 ms左右，沖擊力的平均值約30-60 kN。
　　 2.運用大型有限元分析程序ANSYS/LS-DYNA建模并分別對相應(yīng)實驗工況下的銅柱殼進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到銅柱殼兩端的反力。結(jié)果表明，數(shù)值模擬與實驗結(jié)果有較好的一致性，在只有局部屈曲的情況下，殼體呈現(xiàn)塑性狀態(tài)，殼體在出現(xiàn)彈性卸載后，在塑性變形的基礎(chǔ)上發(fā)生彈性振動，直到靜止。當(dāng)沖擊速度為2.57 m/s，殼長度為168 mm時，圓柱殼整體失穩(wěn)，殼體兩端處于塑性