異形薄壁結(jié)構(gòu)的耐撞性研究及其優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、由于金屬薄壁結(jié)構(gòu)良好的吸能特性、顯著的輕量化效應(yīng)及較低的制造成本，其作為緩沖能量吸收裝置被廣泛地運(yùn)用于汽車及飛機(jī)的前端結(jié)構(gòu)，以達(dá)到保護(hù)乘客的目的。廣大學(xué)者已經(jīng)對圓形、方形、六邊形等傳統(tǒng)金屬薄壁結(jié)構(gòu)開展了大量的研究工作，為了進(jìn)一步探究和提高金屬薄壁結(jié)構(gòu)的耐撞性，本文主要針對異形金屬薄壁結(jié)構(gòu)開展了一系列的研究，以直圓管為基礎(chǔ)，對其徑向和軸向進(jìn)行函數(shù)變換，主要以下兩方面的工作:
　　(1)本文利用傅里葉函數(shù)展開圓管的橫截面形狀提出了一種

2、新型的薄壁管狀結(jié)構(gòu):傅里葉異形薄壁結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)下的壓縮實驗，通過實驗分析了其變形特點及吸能特性。進(jìn)一步地，構(gòu)建了傅里葉異形薄壁結(jié)構(gòu)的有限元模型，主要包括材料及加載設(shè)置，網(wǎng)格劃分及接觸處理，將實驗結(jié)果和有限元數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了所構(gòu)建的有限元模型的有效性。然后，基于有效的有限元模型，分析了橫截面形狀、橫截面周長及管壁厚度對該類結(jié)構(gòu)變形模式及吸能特性的影響。結(jié)果表明:傅里葉異形薄壁結(jié)構(gòu)的變形模式極大地受到橫截面形狀、橫截

3、面周長及管壁厚度的影響，同時傅里葉異形薄壁結(jié)構(gòu)具有巨大的吸能潛力。最后，采用離散優(yōu)化的方法對傅里葉異形薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，獲得其最優(yōu)的設(shè)計參數(shù)。
　　(2)本文利用正弦式三角函數(shù)控制圓管軸向形狀的變化，提出了另一種新型的薄壁管狀結(jié)構(gòu):正弦式波紋薄壁結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建了正弦式波紋管的有限元模型，利用圓管的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實驗對其進(jìn)行了模型驗證。然后，基于有效的有限元模型，分析了波長與振幅對變形模式及吸能特性的影響，同時引入了載荷波動度的概念