不同管状和材料对结构能量吸收性能的影响.pdf

《不同管状和材料对结构能量吸收性能的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第28卷第2期，2015年4月宁波大学学报(理工版)首届中国高校优秀科技期刊奖Vo1．28No．2，Apr．2015JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)浙江省优秀科技期刊一等奖不同管状和材料对结构能量吸收性能的影响项燕飞。杨黎明(宁波大学力学与材料科学研究中心，浙江宁波315211)摘要：提出了评价和比较各类管件结构的能量吸收性能的评估指标体系，具体指标为：有效行程kL(ESR)、结构承载能力(NLC)、单位重量的能量吸收能力(SEA)、吸能有效率(EEA)和载荷波动度(ULC)．为了分析截面和材料

2、对管件能量吸收能力的影响，比较了铝合金和低碳钢2种材料的圆管和方管的能量吸收性能．结果表明：在相同密实度下，圆管的能量吸收能力要优于方管。且在同一截面的管件中，铝合金管件的能量吸收能力和载荷波动程度要优于低碳钢管件．关键词：能量吸收；评估指标；铝合金：低碳钢中图分类号：TB303文献标志码：A文章编号：1001—5132(2015)02。0085—06近年来，频繁的汽车碰撞、大型船舶撞击以及普遍适用性的评估指标体系[9]，用来评价和比较各飞机或航天器的紧急着陆等，这些事故不仅造成类管件的能量吸收性能，进而为能量吸收装置的了巨

3、大的经济损失，还对乘员的生命安全构成严优化设计提供参考．重的威胁．为了保护乘员安全和降低结构的损毁笔者介绍了有效行程~E(EfectiveStrokeRatio，程度，许多学者对能量吸收装置进行了大量的研EsR)、结构承载能力(Non．dimensionalLoad-carrying发，其中尤以管状结构在能量吸收装置中的应用Capacity，NLC)、单位重量的能量吸收能力(Specific最为广泛⋯．近2O年来，人们对各种管件的能量吸EnergyAbsorption，SEA)、吸能有效率(Efectiveness收性能做了

4、详细的分析，如圆管、方管、多角形薄ofEnergyAbsorption,EEA)和载荷波动度(Undulation壁管、预制图案的管、开窗的管、沿轴向呈锥形的ofLoad—carryingCapacity,ULC)5项评估指标，并管等等．用这套评估指标体系全面分析和比较了轴向压缩表征各类管件结构的能量吸收性能的因素很下铝合金和低碳钢2种材料的圆管和方管的能量多．首先，平均压缩力对管件的能量吸收性能有着吸收性能．至关重要的作用．平均压缩力代表了结构的承载1评估指标体系能力，其大小和压缩位移共同决定了整个结构的能量吸收能力．始于

5、Alexander的多位研究者提出对于轴向压缩下的薄壁金属管件，典型的力一了轴向压缩下圆管和方管的理论分析模型，给出位移曲线如图1所示．从图1可以看出，渐进压溃了平均压缩力的理论预测公式L5J．同时，单位重的薄壁管件的承载会呈现出3个明显的阶段：初始量的能量吸收能力是比较实际结构的能量吸收能屈曲阶段、平台阶段、压实阶段．初始屈曲阶段存力的另一个重要指标，它对于需要限制重量的能在初始峰值载荷；在平台阶段中载荷大体平稳，但量吸收元件尤为重要，但目前对于单位重量的能随着管的渐进屈曲会呈现出显著的波动；压实阶量吸收能力的计算方式尚没

6、有统一的标准[2】．段则表现为载荷迅速增加．由于上述各评价参数仅仅停留在个别材料或按图1，管的吸能效率公式为：管件比较的层面上，因此希望能够提出一套具有f：lf(s)ds／，(1)收稿日期：2014-09—12．宁波大学学报(理工版)网址：http：／／joumallg．nbu．edu．cn／基金项目：国家自然科学基金(11032001)．第一作者：项燕飞(1990一)，女，浙江衢州人，在读硕士研究生，主要研究方向：冲击动力学．E—mail：xiangyanfei90@foxmail．corn通信作者：杨黎明(1957一)，

7、男，福建长乐人，教授，主要研究方向：冲击动力学．E-mail：yangliming@nbu．edu．cn86宁波大学学报(理工版)2015F出=业_÷，(4)ef^为单位长度的塑性极限弯矩，M=／2√3，Y囊是材料在单向拉压下的屈服应力，是管的壁厚．由于A具有力的量纲，QN是一个无量纲评估指标，它表征了结构有效承受载荷的能力．1．3单位重量的能量吸收能力位移／mm单位重量的能量吸收能力由结构在有效压缩行程，之内所吸收的总能量f除以结构总质量G图1轴向压缩下管件的典型力一位移曲线得到，简称比吸能．式中：S为压缩位移，F为压缩载

8、荷，为除初始峰值载荷外，在【O，．区间中最大的压缩载荷．吸能=警：下~i~fF(s)ds：鲁譬，(5)效率厂随着位移的增加会出现一个最大值．这里我们将吸能效率最大值所对应的压缩位移记录为有式中：p为材料密度，为结构的净面积．效压缩行程f【】，它明确地表征了由平台阶段到比吸能，即SEA，是一