薄壁圓管吸能單元的動(dòng)態(tài)特性.pdf

1、薄壁金屬圓管及其不同結(jié)構(gòu)的泡沫填充管作為吸能單元，因其具有質(zhì)量輕，比吸能高，壓縮行程長(zhǎng)，變形模式穩(wěn)定，具有良好的吸能能力等優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛地用于汽車(chē)、航空航天器、軌道交通等運(yùn)載工具的能量吸收裝置中。如何評(píng)判不同結(jié)構(gòu)薄壁圓管吸能能力的優(yōu)劣，以及提高它們的吸能效果，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。由于能量吸收裝置，常在碰撞沖擊事件中起作用，因此有必要研究它們的動(dòng)態(tài)特性。主要工作有：
　　1）基于吸能效率的概念，提出統(tǒng)一的吸能能力評(píng)價(jià)指標(biāo)，重新定義

2、比吸能SEA、平均力 Pm、有效行程比等評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)薄壁空管和泡沫填充管的軸向壓縮下的行為做了一定的理論公式推導(dǎo)，并且對(duì)于泡沫填充管，考慮管壁與泡沫的相互作用，修改了直鏈型塑性鉸模型來(lái)描述泡沫填充管的變形，使得能夠計(jì)算出具有提高結(jié)構(gòu)比吸能SEA效果的泡沫填充管中填充泡沫密度的范圍。
　　2）采用落錘沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行了鋁合金管和軟鋼管的動(dòng)態(tài)軸向壓縮實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)軸向壓縮下的比吸能 SEA、平均力 Pm要高于準(zhǔn)靜態(tài)下的結(jié)果。特別地

3、，對(duì)于軟鋼管其褶皺的瓣數(shù)由準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮下的3.5增加到動(dòng)態(tài)下的4.5。通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)軟鋼管相比鋁合金管對(duì)應(yīng)變率效應(yīng)更敏感。并且應(yīng)變率與初速度v成正比。
　　3）研究了不同結(jié)構(gòu)的泡沫填充管的吸能特性，發(fā)現(xiàn)軟鋼管、泡沫填充管、夾心管、雙管的吸能能力依次增強(qiáng)，吸能能力最優(yōu)的是雙管。并且動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與準(zhǔn)靜態(tài)相比，都出現(xiàn)了大大的提高，認(rèn)為可能有兩點(diǎn)：1）材料在動(dòng)態(tài)沖擊的條件下發(fā)生了硬化作用；2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的觀察結(jié)果，動(dòng)態(tài)沖擊下圓管外管變形模

4、式與準(zhǔn)靜態(tài)相比發(fā)生了變化，由金剛石模式變成了混合模式。并研究了泡沫密度對(duì)泡沫填充單管的吸能特性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著泡沫密度的增大比吸能SEA和平均力Pm都出現(xiàn)了一定程度的增大。
　　4）研究軟鋼管軸向載荷下的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)慣性對(duì)薄壁圓管軸向壓縮的動(dòng)態(tài)吸能特性影響不大，而落錘不同沖擊加載速度即代表應(yīng)變率的變化引起的薄壁圓管材料屈服應(yīng)力的提高，使得薄壁圓管比吸能 SEA（單位質(zhì)量結(jié)構(gòu)所吸收的能量）和平均軸向壓縮力 Pm隨著應(yīng)變率的增加