泡沫鋁夾芯雙管結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為研究.pdf

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文泡沫鋁夾芯雙管結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為研究姓名：郭劉偉申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：工程力學(xué)指導(dǎo)教師：虞吉林20100401摘要吸收效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的單管夾芯結(jié)構(gòu)，接近甚至超過空管結(jié)構(gòu)。探討了內(nèi)管壁厚、管徑及外管壁厚等對該新型夾芯結(jié)構(gòu)性能的影響。針對斜壓特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套用于準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的斜壓實(shí)驗(yàn)裝置，并成功地開展了泡沫鋁夾芯雙圓管結(jié)構(gòu)在各種小角度斜壓加載下的實(shí)驗(yàn)研究。對比軸壓性能，給出空管、傳統(tǒng)的泡沫鋁填充單管及新型的雙管夾芯

2、結(jié)構(gòu)在各種小角度斜壓加載下的變形模式。在小角度斜壓加載下，泡沫鋁填充管結(jié)構(gòu)發(fā)生一種特殊的上下雙半瓣對稱混合模式，并易發(fā)生橫向滑移變形，從而導(dǎo)致了泡沫鋁夾芯結(jié)構(gòu)在小角度斜壓加載下的承載力非常平穩(wěn)，承載后期接近理想承載結(jié)構(gòu)，且平均承載力大小基本保持不變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該新型雙管夾芯結(jié)構(gòu)在兩端固支加載下，其比質(zhì)量能量吸收效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的單管夾芯結(jié)構(gòu)，且超過相應(yīng)的空管，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了提高承載力大小，增強(qiáng)承載穩(wěn)定性及提升結(jié)構(gòu)的能量吸收效率的綜合目標(biāo)

3、。并就斜壓加載角度對各種結(jié)構(gòu)性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。4)對新型的泡沫鋁夾芯雙圓管結(jié)構(gòu)在準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎曲加載下的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及有限元模擬研究。不同與單管填充結(jié)構(gòu)的單裂紋失效，雙管夾芯結(jié)構(gòu)在三點(diǎn)彎曲下出現(xiàn)特殊的雙裂紋破壞模式。且新型結(jié)構(gòu)的破壞抗性大大高于傳統(tǒng)的單管夾芯結(jié)構(gòu)，能量吸收能力得到大幅提升。在合理的內(nèi)外管組合下，雙管夾芯結(jié)構(gòu)的承載力相當(dāng)平穩(wěn)，非常適合做緩沖吸能裝置。同時(shí)就跨徑、內(nèi)管壁厚、管徑及外管壁厚對雙管夾芯結(jié)構(gòu)三點(diǎn)彎曲性能的影

4、響進(jìn)行了一定的實(shí)驗(yàn)研究。利用ABAQUS有限元軟件建立雙管夾芯結(jié)構(gòu)三點(diǎn)彎曲下的有效模型，通過分析芯層泡沫鋁的應(yīng)力分布給出新型結(jié)構(gòu)特有破壞模式的產(chǎn)生機(jī)制。且由對外管管壁下端等效塑性應(yīng)變及最大拉伸應(yīng)變的討論，發(fā)現(xiàn)最大拉伸應(yīng)變可作為外管管壁斷裂失效的評判參量。探討了雙管夾芯結(jié)構(gòu)較單管結(jié)構(gòu)彎曲破壞抗性提升的機(jī)制，并給出一定的解釋。最后綜合結(jié)構(gòu)的承載力特性及破壞抗性，給出綜合性能較優(yōu)的內(nèi)外管管徑比。5)對新型的泡沫鋁夾芯雙圓管結(jié)構(gòu)在動態(tài)沖擊下的三

5、點(diǎn)彎曲性能進(jìn)行了落錘沖擊實(shí)驗(yàn)及有限元模擬研究。不同于準(zhǔn)靜態(tài)下的失效模式，雙管夾芯結(jié)構(gòu)在動態(tài)沖擊下芯層泡沫鋁下端出現(xiàn)多裂紋現(xiàn)象，且較均勻分布于中間區(qū)域，有利于泡沫鋁吸收更多的沖擊能量。且泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)在低速沖擊下的慣性效應(yīng)并不明顯，承載力大小與準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)果相差不多。但動態(tài)沖擊下結(jié)構(gòu)的破壞抗性較準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)果大幅提高，泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)在動態(tài)下的能量吸收能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)果。而對比傳統(tǒng)的泡沫鋁填充單管結(jié)構(gòu)，該新型夾芯結(jié)構(gòu)的破壞抗性及能量吸收效率更高