横向冲击载荷下泡沫铝夹芯双圆管的吸能研究(6)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】图5 冲击载荷- 位移曲线与比吸能- 位移曲线Fig.5 Impact loading-displacement curves and SEA-displacement curves 图6 冲击载荷- 位移曲线Fig.6 Impact loading-displacement curves 2.
图5 冲击载荷- 位移曲线与比吸能- 位移曲线Fig.5 Impact loading-displacement curves and SEA-displacement curves
图6 冲击载荷- 位移曲线Fig.6 Impact loading-displacement curves
2.1.1 外管直径与壁厚的影响
为研究横向冲击载荷下泡沫铝夹芯双圆管结构的几何参数对结构变形与吸能特性的影响,本节给出了3种不同外管直径与3种不同外管壁厚的分析结果。图6给出了不同直径与壁厚的泡沫铝夹芯双圆管在冲击速度v=10 m/s时的冲击载荷- 位移曲线。由图6可知,随着结构外管直径和壁厚的增加,泡沫铝夹芯双圆管的单位长度上的冲击载荷增大。在冲击载荷- 位移曲线的初始阶段有下降的波谷,原因是夹芯双圆管结构在受冲击的时候反弹引起的,这与文献[4]中高速照相机拍摄到的现象相一致。
图8 冲击载荷- 位移曲线与比吸能- 位移曲线Fig.8 Impact loading-displacement curves and SEA-displacement curves
图7给出了冲击速度v=10 m/s,横向位移δ=45 mm时,泡沫铝夹芯双圆管在内管直径d=60 mm,内管壁厚h=2 mm,芯层泡沫铝相对密度为20%的情况下,外管直径D和壁厚H对其比吸能的影响。从图7可以得到:随着泡沫铝夹芯双圆管外管直径的增大,结构的比吸能增大,而且外管管壁越厚,其比吸能增大的比例越大;另外,当外管直径相同时,壁厚较薄的夹芯双圆管结构的比吸能较大,原因是芯层材料泡沫铝的厚度增大导致结构整体的比吸能增大。
图7 外管直径和壁厚对比吸能的影响Fig.7 Effects of diameter and wall thickness of outer tube on SEA
2.1.2 内管直径和壁厚的影响
泡沫铝夹芯双圆管结构外管的几何尺寸影响结构的承载能力与比吸能,本节进一步研究内管的几何参数对结构变形与吸能的影响。图8给出了横向冲击速度v=10 m/s时3种内管直径和3种内管壁厚的夹芯双圆管结构的冲击载荷- 位移曲线与比吸能- 位移曲线。由图8(a)和图8(b)可知,随着内管直径的减小和壁厚的增大,泡沫铝夹芯双圆管结构的冲击载荷增大;由图8(c)和图8(d)可以得到,随着内管直径的减小和壁厚的增大,泡沫铝夹芯双圆管的比吸能增大。
分析不同几何尺寸的泡沫铝夹芯双圆管结构的模拟结果可知,夹芯双圆管的外管直径越大,内管直径越小,夹芯双圆管的冲击载荷和比吸能越大。原因是夹芯双圆管中泡沫铝芯层的厚度增加,即泡沫铝的总质量增加,泡沫铝吸收了较多的能量。
2.2 冲击速度的影响
为了研究不同的冲击速度对泡沫铝夹芯的双圆管结构变形模态与吸能性能的影响,给出了5种不同冲击速度下结构的分析结果。图9给出了不同冲击速度下泡沫铝夹芯双圆管的冲击载荷和比吸能随横向位移的变化规律。由图9可知,随着冲击速度的增大,泡沫铝夹芯双圆管的冲击载荷和比吸能呈现增大的趋势。当冲击速度小于30 m/s时,不同冲击速度下的比吸能- 位移曲线几乎重合,从而表明在冲击速度较小时,不同的冲击速度对泡沫铝填充双圆管结构的比吸能影响较小。当冲击速度v=100 m/s时,冲击载荷- 位移曲线在初始峰值后表现出剧烈的波动,原因是泡沫铝夹芯的双圆管结构在高速冲击时结构的惯性效应所致。
图9 试件NS02受不同冲击速度的影响Fig.9 Effect of impact velocities on specimen NS02
表4给出了试件NS02在3种不同冲击速度10 m/s、50 m/s和100 m/s下的变形模态图。由表4可知:当冲击速度为10 m/s时,结构的变形模态上下对称、左右对称;而当冲击速度超过50 m/s时,泡沫铝夹芯双圆管结构由冲击端开始发生塑性变形,之后变形扩展到整个结构,变形模态呈现出左右对称的特征。由此可知,由于速度的增大,结构的变形机制发生了改变。
基于在冲击过程中泡沫铝夹芯双圆管的变形特征,为了进一步分析夹芯双圆管在横向冲击载荷下的吸能机理,建立了如图10所示的夹芯双圆管NS02的有限元模型。该分析模型将泡沫铝夹芯双圆管结构分成冲击端、远离冲击端、左右两端均等的4部分组成。图10给出冲击速度v=10 m/s时,4部分的吸收能量占结构总吸能的百分比- 位移曲线。从图10中可以得到,在初始冲击瞬间冲击端几乎吸收了全部能量,原因是在冲击瞬间结构由于惯性作用只有冲击端产生塑性变形。随着冲击过程的进行,其他3部分也发生了塑性变形。当夹芯双圆管的横向位移大约为35 mm时,4部分所吸收能量相等,随着横向位移的增大,左右两部分所吸收能量几乎相等,冲击端和远离冲击端吸收的能量也相等。同时左右两部分吸收能量的百分比大于上下两部分,表明当横向位移大于35 mm时,夹芯双圆管主要依靠左右两部分的塑性变形来吸收能量。图11给出了横向位移δ=55 mm时试件NS02各组成部分吸收能量的百分比,可知冲击端与远离冲击端所吸收的能量几乎相等,左右两端的吸能也大致相等。
文章来源:《固体力学学报》 网址: http://www.gtlxxbzz.cn/qikandaodu/2021/0205/390.html
上一篇:断裂损伤与细观力学
下一篇:基于行波法的有限加肋板耦合运动研究