銅合金圓柱殼在軸向沖擊載荷作用下塑性動(dòng)力屈曲的實(shí)驗(yàn)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(guó)防的重要工業(yè)領(lǐng)域中。多年以來(lái)，不同材料的薄壁金屬圓柱殼在不同類(lèi)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(dòng)力失穩(wěn)與靜力失穩(wěn)的特征有著明顯的不同，這是因?yàn)檩S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(guò)對(duì)圓柱殼軸向沖擊的實(shí)驗(yàn)研究

2、，提出動(dòng)力漸進(jìn)屈曲和塑性動(dòng)力屈曲。一般認(rèn)為，沖擊速度較低時(shí)(vo<5 m/s)薄壁金屬圓柱殼出現(xiàn)動(dòng)力漸進(jìn)屈曲；而沖擊速度較高時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)塑性動(dòng)力屈曲和動(dòng)力漸進(jìn)屈曲，這說(shuō)明沖擊速度對(duì)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(dòng)力漸進(jìn)屈曲或者塑性動(dòng)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(dòng)力屈曲問(wèn)題顯得格外重要。
　　 本文通過(guò)低速下

3、軸向沖擊實(shí)驗(yàn)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(dòng)力屈曲問(wèn)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(yàn)機(jī)，對(duì)相同厚度、相同半徑但不同長(zhǎng)度的銅柱殼在一系列較低的速度下進(jìn)行了軸向沖擊實(shí)驗(yàn)，觀察到大部分銅柱殼表面出現(xiàn)了期望的波紋。通過(guò)使用高速攝像機(jī)的拍攝，更加直觀的反映每個(gè)試件的屈曲的過(guò)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(shí)程

4、曲線，沖擊時(shí)間在2 ms左右，沖擊力的平均值約30-60 kN。
　　 2.運(yùn)用大型有限元分析程序ANSYS/LS-DYNA建模并分別對(duì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)，直到靜止。當(dāng)沖擊速度為2.57 m/s，殼長(zhǎng)度為168 mm時(shí)，圓柱殼整體失穩(wěn)，殼體兩端處于塑性