冲击下内嵌泡沫铝节点耗能性能试验研究及其优化设计

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1、硕士学位论文冲击下内嵌泡沫铝节点耗能性能试验研究及其优化设计ENERGYABSORPTIONPERFORMANCEANDMULTI-OBJECTIVEOPTIMIZATIONDESIGNOFTHEALUMINUMFOAMFILLEDENERGYABSORPTIONCONNECTORUNDERIMPACTLOADING应文剑哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TU359学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文冲击下内嵌泡沫铝节点耗能性能试验研究及其优化设计硕士研究生：应文

2、剑导师：翟希梅教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU359U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringENERGYABSORPTIONPERFORMANCEANDMULTI-OBJECTIVEOPTIMIZATIONDESIGNOFTHEALUMINUMFOAMFILLEDENERGYABSORPTIONCONNECTORUNDERIMPA

3、CTLOADINGCandidate：YingWenjianSupervisor：Prof.ZhaiXimeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：CivilEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位

4、论文摘要近些年来世界各地不断发生大型恐怖袭击活动，针对民用建筑和大型公共建筑的防爆防冲击设计越来越得到人们的重点关注。经过研究发现，在金属管中填充金属泡沫平均压溃力比单独的薄壁金属管构件和单独的金属泡沫材料平均压溃力之和更大，并已经证明，将金属构件与金属泡沫相结合制成泡沫填充构件能够具有更强的承载能力和耗能性能，具备服役于爆炸冲击、高速碰撞等极端不利条件下的性能。本文提出一种新型的内嵌泡沫铝耗能节点，这种耗能节点被设计放置在防爆墙与建筑结构构件之间，用以吸收爆炸时产生的爆炸能量以及减少建筑物所受到的爆炸荷

5、载。为研究这种新型耗能节点的耗能性能，对其展开冲击试验和单轴静载试验，并建立精细化有限元模型进行数值仿真模拟研究，最后在试验结果和有限元研究的基础上，进行耗能性能的多目标参数优化设计，具体工作如下：(1)设计制作两种不同形式的内嵌泡沫铝耗能节点，利用重力式落锤冲击试验系统对这两种形式耗能节点分别进行冲击试验，给出了耗能节点构件在冲击作用下的力学性能和耗能性能的量化评估指标，研究有无泡沫铝填充、折板厚度、折板弯折角度、折板弯折半径对此类耗能节点构件在冲击荷载作用下的耗能性能的影响。(2)利用MTS电子万能材

6、料试验机对此种耗能节点构件进行单调静载压缩试验，研究有无泡沫铝填充、折板形状对这种耗能节点试件破坏变形模式、耗能性能和受力性能的影响。与冲击试验结果进行对比分析，研究冲击荷载作用和静载作用两种不同荷载工况下这种耗能节点的变形破坏模式及耗能性能。(3)建立这种耗能节点的精细化有限元模型，利用数值仿真软件LS-DYNA展开冲击作用下的有限元模拟分析，对比冲击试验结果，计算误差，验证有限元仿真模型的准确性。利用有限元手段，在试验参数基础上，进行扩大参数模拟分析，研究冲击速度、泡沫铝密度、钢材牌号、折板厚度、冲击

7、质量对这种耗能节点在冲击作用下的耗能性能的影响。(4)为进一步提高这种耗能节点的耗能性能，选取这种耗能节点的比吸能指标和峰值力指标作为优化目标，研究折板厚度、节点高度、折板弯折角度、上钢板受压长度四个设计参数变量对其耗能性能的影响，为这种耗能节点在实际工程中的应用提供一定的指导意义。关键词：冲击荷载；爆炸；泡沫铝；耗能节点；耗能性能；优化设计-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,large-scaleterroristattackspersistingallar

8、oundtheworld,explosion-proofandshock-proofdesignsforcivilbuildingsandlarge-scalepublicbuildingshavereceivedincreasingattentioninthefieldofcivilengineering.Ithadbeenfoundthattheaveragecrushingforceofthemetalfoamfille